1.當線圈1中通入電流i1時,在線圈1中產(chǎn)生磁通(magnetic flux),同時,有部分磁通穿過臨近線圈2。當i1為時變電流時,磁通也將隨時間變化,從而在線圈兩端產(chǎn)生感應電壓。
φ11= φ21 +φs1
總磁通 耦合磁通(主磁通) 漏磁通
i1,n1→ψ11= n1φ11 l1=ψ11/i1
f21在線圈 n2 產(chǎn)生磁鏈 ψ21= n2φ21
定義:為線圈1對2的互感系數(shù),單位:亨 (h)。
當i1、u11、u21方向與φ符合右手定則時,根據(jù)電磁感應定律:
u11:自感電壓; u21:互感電壓。
2.當線圈2中通電流i2時會產(chǎn)生磁通φ22,φ12 。 i2為時變時,線圈2和線圈1兩端分別產(chǎn)生感應電壓u22 , u12 。
可以證明:m12 = m21 = m。
當i1、u11、u21方向與φ符合右手定則時,根據(jù)電磁感應定律:
3.當兩個線圈同時通以電流時,每個線圈兩端的電壓均包含自感電壓和互感電壓。
在正弦交流電路中,其相量形式的方程為:
4.互感的性質(zhì)
(1)從能量角度可以證明,對于線性電感 m12 = m21 = m。
(2)互感系數(shù) m 只與兩個線圈的幾何尺寸、匝數(shù) 、 相互位置和周圍的介質(zhì)磁導率有關,如其他條件不變時,有:
m∝n1n2 (l∝n2)
(3)耦合系數(shù) (coupling coefficient) k:
k 表示兩個線圈磁耦合的緊密程度。
可以證明,k≤1。
全耦合: φs1 =φs2=0 即φ11= φ21 ,φ22 =φ12
5.互感線圈的同名端
具有互感的線圈兩端的電壓包含自感電壓和互感電壓。表達式的符號與參考方向和線圈繞向有關。對自感電壓,當u、i 取關聯(lián)參考方向,i與φ符合右螺旋定則,其表達式為:
上式說明,對于自感電壓由于電壓電流為同一線圈上的,只要參考方向確定了,其數(shù)學描述便可容易地寫出,可不用考慮線圈繞向。對線性電感,用u、i描述其特性,當u、i取關聯(lián)方向時,符號為正;當u、i為非關聯(lián)方向時,符號為負。
對互感電壓,因產(chǎn)生該電壓的的電流在另一線圈上,因此,要確定其符號,就必須知道兩個線圈的繞向。這在電路分析中顯得很不方便。
引入同名端可以解決這個問題。
同名端:當兩個電流分別從兩個線圈的對應端子流入 ,其所產(chǎn)生的磁場相互加強時,則這兩個對應端子稱為同名端。
同名端表明了線圈的相互繞法關系。
(1)確定同名端的方法
①當兩個線圈中電流同時由同名端流入(或流出)時,兩個電流產(chǎn)生的磁場相互增強。
②當隨時間增大的時變電流從一線圈的一端流入時,將會引起另一線圈相應同名端的電位升高。
例.
(2)同名端的實驗測定
如圖電路,當閉合開關s時,i增加,
電壓表正偏。
當兩組線圈裝在黑盒里,只引出四個端線組,要確定其同名端,就可以利用上面的結論來加以判斷。
當斷開s時,如何判定?
(3)由同名端及u、i參考方向確定互感線圈的特性方程
有了同名端,以后表示兩個線圈相互作用,就不再考慮實際繞向,而只畫出同名端及參考方向即可。(參考前圖,標出同名端得到下面結論)。
同名端的標記方法:
一個線圈(電感)可以不止和一個線圈(電感)有磁耦合關系;當有2個以上線圈(電感)彼此之間存在磁耦合時,同名端應當一對一的加以標記,每對耦合線圈的同名端必須用不同的符號來標記。
則1和2'、1和3'、2和3'互為同名端。
注意:
互感電壓的符號有兩重含義;
同名端;
參考方向。
互感現(xiàn)象的利與弊:
利用——變壓器:信號、功率傳遞
避免——干擾
克服:合理布置線圈相互位置減少互感作用。