我們討論了電感器件的串并聯的估算,明天我們進行深入學習闡述互感電感的串并聯估算問題,那互感電感串聯和電感并聯時總電感量如何算呢?在了解互感電感串并聯之前,先必須曉得電感的互感、互感系數等知識。
互感
1、互感電感的互感現象:如圖1所示,設兩個線圈L1和L2,當L1線圈通入交變電壓時,在本線圈形成交變磁路Φ1,并導致自感電流e1;同時,鐵損穿過另一個線圈,形成相應互感電流e2,這些現象稱為互感現象。
圖1互感電感互感現象
2、互感系數M:互感電感中的“M”稱為互感系數,單位和自感系數L相同。
圖3互感系數M
線圈L1中的電壓i1變化,導致線圈L2的磁路變化,線圈L2中形成感應電動勢e2。穿過線圈2的磁路量ψ21反比于線圈L1中電流i1。
我們定義:
M21是線圈1對線圈2的互感系數,單位亨(H)
這么對于L2、i2一樣,則有
M12表示線圈2對線圈1的互感
若兩回路相對位置不變,周圍無鐵磁性物質,則互感系數M=M21=M12,則
注意:中Φ21為通過線圈2的磁路量,I1為通過線圈1的電壓:中Φ12為通過線圈1的磁路量,I2為通過線圈2的電壓
在工程上為了定量地描述兩個耦合線圈的耦合緊密程度,常用常數k表示耦合系數:
k表示耦合系數,M為互感系數,L1為線圈1電感量,L2為線圈2電感量
一般情況下:
當一個線圈形成的磁路全部穿過另一個線圈,這些情況稱為全耦合即理想狀態K=1。
3、同名端與異名端:如圖4所示,繞在同一鐵心柱上,相對繞向相同的端子。各定子的同名端,電壓同時流入或則同時流出。用一對符號“?”予以標明。如右圖中1、3互為同名端,2、4互為同名端;1、4互為異名端,2、3互為異名端。互感電流取“+”,反之取“-”。
圖4同名端與異名端
互感電感的串聯
因為同名端的存在,具有互感的兩個線圈串聯的電路,就有兩種接法:即一種是同向串聯,如圖5所示,另一種是反向串聯,如圖6所示。
圖5同向串聯
(1)同向串聯:如圖5所示。把兩線圈的異名端相連,電壓從同名端流入、異名端流出,這些聯接方法稱為同向串聯。
根據圖5中所示參考方向可列舉兩線圈的伏安關系:
串聯后電路兩端總電流為:
所以電流串聯和并聯的公式,當它們同相串聯的時侯,對應的電感量為:
(2)反向串聯:如圖6所示。把兩線圈的同名端相連,電壓從同名端流入、異名端流出,這些聯接方法稱為反向串聯。
圖6反向串聯
假如是反向串聯的時侯,根據相同的方法,可以證明對應的等效電感量為:
串聯后電路兩端總電流為:
所以,當它們反向串聯的時侯,對應的電感量為:
互感電感的并聯
兩個互感線圈并聯時,也有兩種情況電流串聯和并聯的公式,一種是兩個線圈同名端相連,稱同向并聯,如圖7(a)所示;另一種為兩個線圈的異名端相連,稱反向并聯,如圖7(b)所示。
圖7(a)圖7(b)
(1)同向并聯:當選擇電壓為圖示參考方向時,則在余弦電路中有:
式中互感電流前的正號對應于順并,減號對應于反并。求解可得并聯電路的等效復阻抗Z為:
同向并聯的等效復阻抗Z
L為兩個線圈同相并聯后的等效電感,即
同向并聯等效電感
(2)反向并聯:如7(b)所示,式中互感電流前的正號對應于順并,減號對應于反并。求解可得反向并聯電路的等效復阻抗Z為:
反向并聯電路等效復阻抗Z
L為兩個線圈反相并聯后的等效電感,即
反相并聯等效電感
例題1:如圖8所示,兩個線圈電感L分別為0.1H、0.2H,互感系數為0.2H,求總電感。
圖8
解:兩個串聯電感是同向串聯,則等效互感電感L為:
例題2:如圖9所示為理想互感電感,兩個線圈為電感L分別為0.2H、0.8H,求互感系數和總電感。
圖9
解:因為是理想互感電感,則耦合系數K=1,則互感系數為:
因為兩個串聯電感是反向串聯,則等效互感電感L為:
例圖剖析:如圖10所示,線圈電感L1分別為0.2H,互感系數為0.4H,總電感為0.6H,求電感L2大小。答案在評論區見!
圖10