我们讨论了电感器件的串并联的估算,明天我们进行深入学习阐述互感电感的串并联估算问题,那互感电感串联和电感并联时总电感量如何算呢?在了解互感电感串并联之前,先必须晓得电感的互感、互感系数等知识。
互感
1、互感电感的互感现象:如图1所示,设两个线圈L1和L2,当L1线圈通入交变电压时,在本线圈形成交变磁路Φ1,并导致自感电流e1;同时,铁损穿过另一个线圈,形成相应互感电流e2,这些现象称为互感现象。
图1互感电感互感现象
2、互感系数M:互感电感中的“M”称为互感系数,单位和自感系数L相同。
图3互感系数M
线圈L1中的电压i1变化,导致线圈L2的磁路变化,线圈L2中形成感应电动势e2。穿过线圈2的磁路量ψ21反比于线圈L1中电流i1。
我们定义:
M21是线圈1对线圈2的互感系数,单位亨(H)
这么对于L2、i2一样,则有
M12表示线圈2对线圈1的互感
若两回路相对位置不变,周围无铁磁性物质,则互感系数M=M21=M12,则
注意:中Φ21为通过线圈2的磁路量,I1为通过线圈1的电压:中Φ12为通过线圈1的磁路量,I2为通过线圈2的电压
在工程上为了定量地描述两个耦合线圈的耦合紧密程度,常用常数k表示耦合系数:
k表示耦合系数,M为互感系数,L1为线圈1电感量,L2为线圈2电感量
一般情况下:
当一个线圈形成的磁路全部穿过另一个线圈,这些情况称为全耦合即理想状态K=1。
3、同名端与异名端:如图4所示,绕在同一铁心柱上,相对绕向相同的端子。各定子的同名端,电压同时流入或则同时流出。用一对符号“•”予以标明。如右图中1、3互为同名端,2、4互为同名端;1、4互为异名端,2、3互为异名端。互感电流取“+”,反之取“-”。
图4同名端与异名端
互感电感的串联
因为同名端的存在,具有互感的两个线圈串联的电路,就有两种接法:即一种是同向串联,如图5所示,另一种是反向串联,如图6所示。
图5同向串联
(1)同向串联:如图5所示。把两线圈的异名端相连,电压从同名端流入、异名端流出,这些联接方法称为同向串联。
根据图5中所示参考方向可列举两线圈的伏安关系:
串联后电路两端总电流为:
所以电流串联和并联的公式,当它们同相串联的时侯,对应的电感量为:
(2)反向串联:如图6所示。把两线圈的同名端相连,电压从同名端流入、异名端流出,这些联接方法称为反向串联。
图6反向串联
假如是反向串联的时侯,根据相同的方法,可以证明对应的等效电感量为:
串联后电路两端总电流为:
所以,当它们反向串联的时侯,对应的电感量为:
互感电感的并联
两个互感线圈并联时,也有两种情况电流串联和并联的公式,一种是两个线圈同名端相连,称同向并联,如图7(a)所示;另一种为两个线圈的异名端相连,称反向并联,如图7(b)所示。
图7(a)图7(b)
(1)同向并联:当选择电压为图示参考方向时,则在余弦电路中有:
式中互感电流前的正号对应于顺并,减号对应于反并。求解可得并联电路的等效复阻抗Z为:
同向并联的等效复阻抗Z
L为两个线圈同相并联后的等效电感,即
同向并联等效电感
(2)反向并联:如7(b)所示,式中互感电流前的正号对应于顺并,减号对应于反并。求解可得反向并联电路的等效复阻抗Z为:
反向并联电路等效复阻抗Z
L为两个线圈反相并联后的等效电感,即
反相并联等效电感
例题1:如图8所示,两个线圈电感L分别为0.1H、0.2H,互感系数为0.2H,求总电感。
图8
解:两个串联电感是同向串联,则等效互感电感L为:
例题2:如图9所示为理想互感电感,两个线圈为电感L分别为0.2H、0.8H,求互感系数和总电感。
图9
解:因为是理想互感电感,则耦合系数K=1,则互感系数为:
因为两个串联电感是反向串联,则等效互感电感L为:
例图剖析:如图10所示,线圈电感L1分别为0.2H,互感系数为0.4H,总电感为0.6H,求电感L2大小。答案在评论区见!
图10