以電感為中心的RLC串聯電路
電感器是電路中常見的重要元元件,常用在訊號混頻、電能轉換、信號耦合以及磁場測量等。它借助電磁感應原理對流過的電壓的變化形成感應電動勢,兩端的電流與電壓的變化率成反比,其中的百分比就是電感的重要參數:電感量,一般記作L。
▌簡單電感的串并聯
與內阻、電容以上,電感也可以通過串聯、并聯產生新的電感。估算串聯、并聯電感的值與阻值的串并聯的估算公式基本一致。多個電感串聯的電感量等于各個電感的電感值相減;多個電感并聯的電感量等于各并聯電感的電感的的倒數之和再取倒數。
▲電感串聯
▲電感并聯
與內阻不同的是,電感之間有可能會出現互相的電磁耦合的關系,非常是對于空心電感,磁場會存在電感周圍很大的空間內。假如兩個電感之間的距離很近,方向又一致,就很容易電磁耦合,測度兩個線圈之間電磁耦合程度一般使用互感()來測度,它表征了一個線圈中的電壓變化在另外一個線圈中所形成感應電動勢的大小。
對于有互感的M兩個線圈L1,L2,可以列寫出它們之間的等效電路:
▲兩個有互感的線圈等效電路
依據形成感應電動勢的極性,可以定義出兩個互感線圈之間的“同銘端”,按照極性與參考電流方向是否相同,可以分為同相互感和反相互感。
對于之間有互感的電感的串聯、并聯以后電感的估算就顯得復雜了。在網路文章..Powerand.ofwith.[1]中,給出了互感線圈的串、并聯估算基本技巧。
▌有互感電感的串聯
兩個線圈之間存在著互感,當它們同相串聯的時侯,對應的電感量為:
▲兩個電感同相串聯
可以可跟KVL定律,列寫出串聯大道電流等式,可以證明該公式:
若果是反相串聯的時侯電感器串聯和并聯公式,根據相同的方法,可以證明對應的等效電感量為:
▲兩個電感線圈反相串聯
按照這個公式,可以來檢測兩個線圈之間的互感量M。也就是通過分別檢測L1,L2電感器串聯和并聯公式,之后在分別檢測她們同相和反相串聯后的電感,便可以估算出它們之間的互感M。
▌有互感電感并聯
當兩個有互感M的線圈L1,L2并聯時,對應的等效電感分別為:
(1)同相并聯
▲帶有互感的線圈并聯
左:同相并聯;右:反相并聯(2)反相并聯
公式的證明過程稍稍復雜,可以參見后面論文中的求解過程。[1]
從里面公式可以聽到,當互感量M等于0時,它們就退化成最初的簡單電感的串并聯估算公式了。
▌互感線圈等效變換
存在互感電路常常會促使電路剖析顯得復雜。將兩個互感的線圈使用T型電路進行等效變換可以簡化電路剖析。下邊給出了通過互感耦合在一起的電路等效變換。
▲同相互感等效變換
等效轉換后的電路清除了互感,以后的電路剖析可以使用基爾霍夫電流、電流定律(KCL&KVL)進行剖析。