以电感为中心的RLC串联电路
电感器是电路中常见的重要元元件,常用在讯号混频、电能转换、信号耦合以及磁场测量等。它借助电磁感应原理对流过的电压的变化形成感应电动势,两端的电流与电压的变化率成反比,其中的百分比就是电感的重要参数:电感量,一般记作L。
▌简单电感的串并联
与内阻、电容以上,电感也可以通过串联、并联产生新的电感。估算串联、并联电感的值与阻值的串并联的估算公式基本一致。多个电感串联的电感量等于各个电感的电感值相减;多个电感并联的电感量等于各并联电感的电感的的倒数之和再取倒数。
▲电感串联
▲电感并联
与内阻不同的是,电感之间有可能会出现互相的电磁耦合的关系,非常是对于空心电感,磁场会存在电感周围很大的空间内。假如两个电感之间的距离很近,方向又一致,就很容易电磁耦合,测度两个线圈之间电磁耦合程度一般使用互感()来测度,它表征了一个线圈中的电压变化在另外一个线圈中所形成感应电动势的大小。
对于有互感的M两个线圈L1,L2,可以列写出它们之间的等效电路:
▲两个有互感的线圈等效电路
依据形成感应电动势的极性,可以定义出两个互感线圈之间的“同铭端”,按照极性与参考电流方向是否相同,可以分为同相互感和反相互感。
对于之间有互感的电感的串联、并联以后电感的估算就显得复杂了。在网路文章..Powerand.ofwith.[1]中,给出了互感线圈的串、并联估算基本技巧。
▌有互感电感的串联
两个线圈之间存在着互感,当它们同相串联的时侯,对应的电感量为:
▲两个电感同相串联
可以可跟KVL定律,列写出串联大道电流等式,可以证明该公式:
若果是反相串联的时侯电感器串联和并联公式,根据相同的方法,可以证明对应的等效电感量为:
▲两个电感线圈反相串联
按照这个公式,可以来检测两个线圈之间的互感量M。也就是通过分别检测L1,L2电感器串联和并联公式,之后在分别检测她们同相和反相串联后的电感,便可以估算出它们之间的互感M。
▌有互感电感并联
当两个有互感M的线圈L1,L2并联时,对应的等效电感分别为:
(1)同相并联
▲带有互感的线圈并联
左:同相并联;右:反相并联(2)反相并联
公式的证明过程稍稍复杂,可以参见后面论文中的求解过程。[1]
从里面公式可以听到,当互感量M等于0时,它们就退化成最初的简单电感的串并联估算公式了。
▌互感线圈等效变换
存在互感电路常常会促使电路剖析显得复杂。将两个互感的线圈使用T型电路进行等效变换可以简化电路剖析。下边给出了通过互感耦合在一起的电路等效变换。
▲同相互感等效变换
等效转换后的电路清除了互感,以后的电路剖析可以使用基尔霍夫电流、电流定律(KCL&KVL)进行剖析。