전자공학/회로이론2017. 9. 20. 23:00
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28. 선형 변압기


반사 임피던스


\(\displaystyle\mathbf{V}_{s}=(R_{1}+j\omega L_{1})\mathbf{I}_{1}-j\omega M\mathbf{I}_{2}\)

\(\displaystyle0=-j\omega M\mathbf{I}_{1}+(R_{2}+j\omega L_{2}+\mathbf{Z}_{L})\mathbf{I}_{2}\)

\(\mathbf{Z}_{11}=R_{1}+j\omega L_{1}\), \(\mathbf{Z}_{22}=R_{2}+j\omega L_{2}+\mathbf{Z}_{L}\)이라 하면 \(\displaystyle\mathbf{V}_{s}=\mathbf{Z}_{11}\mathbf{I}_{1}-j\omega M\mathbf{I}_{2}\), \(0=-j\omega M\mathbf{I}_{1}+\mathbf{Z}_{22}\mathbf{I}_{2}\)이고 입력 임피던스는 \(\displaystyle\mathbf{Z}_{in}=\frac{\mathbf{V}_{s}}{\mathbf{I}_{1}}=\mathbf{Z}_{11}-\frac{(j\omega)^{2}M^{2}}{\mathbf{Z}_{22}}\)

(입력 임피던스를 반사 임피던스라고 한다.)


\(R_{22}=\text{Re}\mathbf{Z}_{22}\), \(X_{22}=\text{Im}\mathbf{Z}_{22}\)라 하면 \(\displaystyle\mathbf{Z}_{in}=\mathbf{Z}_{11}+\frac{\omega^{2}M^{2}}{R_{22}+jX_{22}}=\mathbf{Z}_{11}+\frac{\omega^{2}M^{2}R_{22}}{R_{22}^{2}+X_{22}^{2}}-j\frac{\omega^{2}M^{2}X}{R_{22}^{2}+X_{22}^{2}}\)


T와 \(\Pi\) 등가회로망


(1): \(\displaystyle\frac{di_{2}}{dt}=\frac{v_{2}}{L_{2}}-\frac{M}{L_{2}}\frac{di_{1}}{dt},\,v_{1}=L_{1}\frac{di_{1}}{dt}+M\frac{v_{2}}{L_{2}}-\frac{M^{2}}{L_{2}}\frac{di_{1}}{dt}\,\Rightarrow\,\frac{di_{1}}{dt}=\frac{L_{2}}{L_{1}L_{2}-M^{2}}v_{1}-\frac{M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}v_{2}\)

0부터 \(t\)까지 적분하면 \(\displaystyle i_{1}-i_{1}(0)u(t)=\frac{L_{2}}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{1}dt'}-\frac{M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{2}dt'}\)

(2): \(\displaystyle\frac{di_{1}}{dt}=\frac{v_{1}}{L_{1}}-\frac{M}{L_{1}}\frac{di_{2}}{dt},\,v_{2}=L_{2}\frac{di_{2}}{dt}+M\frac{v_{1}}{L_{1}}-\frac{M^{2}}{L_{1}}\frac{di_{2}}{dt}\,\Rightarrow\,\frac{di_{2}}{dt}=-\frac{M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}v_{1}+\frac{L_{1}}{L_{1}L_{2}-M^{2}}v_{2}\)

0에서 \(t\)까지 적분하면 \(\displaystyle i_{2}-i_{2}(0)u(t)=\frac{-M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{1}dt'}+\frac{L_{1}}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{2}dt'}\)

\(\displaystyle i_{1}-i_{1}(0)u(t)=\frac{L_{2}}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{1}dt'}-\frac{M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{2}dt'}=\frac{L_{2}-M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{1}dt'}+\frac{M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{(v_{1}-v_{2})dt'}\)

\(\displaystyle i_{2}-i_{2}(0)u(t)=\frac{-M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{1}dt'}+\frac{L_{1}}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{2}dt'}=\frac{L_{1}-M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{v_{2}dt'}+\frac{M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\int_{0}^{t}{(v_{2}-v_{1})dt'}\)

이때 \(\displaystyle\frac{1}{L_{B}}=\frac{M}{L_{1}L_{2}-M^{2}},\,\frac{1}{L_{A}}=\frac{L_{2}-M}{L_{1}L_{2}-M^{2}},\,\frac{1}{L_{C}}=\frac{L_{1}-M}{L_{1}L_{2}-M^{2}}\)이고 \(\displaystyle L_{A}=\frac{L_{1}L_{2}-M^{2}}{L_{2}-M},\,L_{B}=\frac{L_{1}L_{2}-M^{2}}{M},\,L_{C}=\frac{L_{1}L_{2}-M^{2}}{L_{1}-M}\)(참고: \(M\leq\sqrt{L_{1}L_{2}}\)이므로 \(L_{1}L_{2}-M^{2}\geq0\))


참고자료:

Engineering Circuit Analysis 8th edition, Hayt, Kemmerly, Durbin, McGraw-Hill

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Posted by skywalker222