下面我們來研究一個比較重要的物理量,也就是耦合系數(shù)。那么它是描述兩個電感之間的耦合程度。
下面我們先看右圖,在一個磁芯上繞了兩匝線圈N1和N2,i1線電流通過N1線圈產(chǎn)生的磁通Φ11,其中有一部分磁通同時也設立了N2線圈稱為Φ12,那么還有一部分磁通,沒有經(jīng)過磁芯和空氣制成閉合回路稱為Φ1s,那么我們稱為漏磁通,那么線圈N2對線圈N1的耦合度可以用k1來表示,。另外我們還可以獲得,如果要計算線圈N1對線圈N2的耦合度就用k2來表示,
。
前面我們求解了兩個線圈的耦合系數(shù)k1和k2,那么兩個互感的耦合程度到底是多少呢?我們用求幾何平均數(shù)的方法來求解。那么經(jīng)過推導
,其中電感
,從公式上我們可以看到 Φ12<Φ11,Φ21<Φ22,所以k≤1。只有在沒有漏磁的情況下,耦合系數(shù)k才能等于磁芯閉合磁路互感線圈可以近似k=1,這種情況稱為全耦合,此時的互感M為最大。所以通常最大的互感
。在一般情況下耦合系數(shù)可以表示為
。
下面我們來研究電感的連接。第一種是要討論電感線圈的串聯(lián),那么電感線圈串聯(lián)的話分兩種情況,第一種情況是兩個沒有磁耦合的 電感的串聯(lián),還有一個是兩個有磁耦合的電感串聯(lián)。下面我們分別來介紹。
兩個沒有磁耦合的電感相串聯(lián)。那么第一種情況是異名端相連的形式,左下圖所示,那么他們的總電感我們用L13表示,L13=L12+L43。那么如果是同名端相連,如右下圖所示,他們整條電纜L13=L12=L43,也就是沒有磁耦合的電感相串聯(lián)的時候,是兩個電感量相加。
如果兩個電感之間有磁耦合它們相串聯(lián),可以分成異名端相連和同名端相連的形勢。
我們先來左圖,2和4是異名端他們連在一起,那么主要是要求1和3之間的等效電感。我們先寫出1和3之間的電壓方程式
,整理一下
,把括號里的內(nèi)容用LP表示,于是
。
那么我們再看右邊是同名端相連的形式,也就是說23是同名端,那么求1、4之間的等效電感。我們同樣寫出1、4之間的電壓方程式。
根據(jù)前面的推導,兩個有磁耦合的電感互相串聯(lián)時得到一組公式,其中
,那么就可以推導出來
,那么互感系數(shù)
,耦合系數(shù)
。那么有了互感的串聯(lián),不同的串聯(lián)形式,我們得出的可以求得互系數(shù)和耦合系數(shù),大家可以考慮一下它有什么樣的應用呢?
下面我們研究第二種情況,互感線圈的并聯(lián)。
那么第一種就是無互感線圈的并聯(lián),無互感線圈的并聯(lián)可以直接套用電阻并聯(lián)的公式。那么如果兩個線圈L1和L2并聯(lián)他們的等效電感
。
下面我們來研究有互感的線圈的并聯(lián)。請看圖,其中圖a是同名端連接的并聯(lián),第二個圖是異名端連接的并聯(lián),第三個圖是他們的等效電路圖。那么根據(jù)這個圖我們可以寫出電路方程,第一個方程是或者
另外一個是對于節(jié)點的電流方程i1+i2=i,那么三個方程解三個未知量。
根據(jù)前面列出的三個電路方程,那么我們可以求解得出兩個互感線圈同名單并聯(lián)的時候,當兩個互感線圈異名端并聯(lián)時
。
綜合上述兩個公式并聯(lián)時的等效電感為,其中當同名端并聯(lián)時取負號,異名端并聯(lián)時取正號。通常等效電感不可能小于0,因為 K<1,也就是
。假設兩個電感完全一樣,也就L1=L2 k接近于1,那么我們可以得到等效電感為
,那么經(jīng)過整理推導
。
下面我們對同名端并聯(lián)的情況進行小結(jié)。
同名端并聯(lián)相當于同一磁芯上的線圈并聯(lián)。那么可以得出第一,如果他們之間耦合不好,并聯(lián)后電感小于單線圈電感。第二,如果線圈的電感量不等,而k接近于一,那么等效電感為0,電感間形成短路環(huán)流。所以這樣的問題就是說為什么一般情況下電感是不并聯(lián)的,請大家自行思考。