在上一教程中,我们从了解电感器及其工作开始,现在是时候探索电感器的不同组合了。在电子产品中,电感器是继电容器和电阻器之后最常用的组件,它们以不同的组合用于不同的应用。我们还使用电感器来构建金属探测器,并使用不同的技术来测量电感器的值,所有链接如下:
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什么是耦合电路?
组件的组合在一起以创建耦合电路。耦合电路的含义是,当两个电路中的任何一个通电时,能量就会从一个传递到另一个。电子电路中的主要组件通过导电或电磁耦合。
但是,在本教程中,将讨论电磁耦合和电感器的组合,例如串联或并联组合的电感器。
互感
在上一篇文章中,我们讨论了电感器的自感及其参数。在与自感相关的操作中,没有发生互感。
当发生电流变化率时,线圈内部会感应出电压。可以使用以下公式进一步说明,其中,
V(t)是线圈内部的感应电压, i 是流过线圈的电流,并且线圈的电感为L.
V(t)= L {di(t)/ dt}
上述条件仅对于存在两个端子的与自感相关的电路元件才成立。在这种情况下,互感不会被考虑在内。
现在,在相同的情况下,如果两个线圈距离很近,则会发生感应耦合。
在上图中,显示了两个线圈。这两个线圈彼此非常靠近。由于流过线圈L1的电流i1,感应出了磁通量,该磁通量随后将传递到另一个线圈L2。
在上图中,相同的电路现在被紧密地包裹在芯材中,因此线圈无法移动。由于该材料是磁芯,因此具有导磁率。现在,两个单独的线圈磁耦合。现在,有趣的是,如果其中一个线圈面对电流变化率,则另一个线圈将感应出一个电压,该电压与另一个线圈中的电流变化率成正比。
因此,当在线圈L1中施加电压源V1时,电流i1将开始流过L1。电流变化率产生流过磁芯并在线圈L2中产生电压的磁通量。L1中的电流变化率也会改变通量,从而可以进一步控制L2中的感应电压。
L2中的感应电压可以通过以下公式计算:
V 2 = M {di 1(t)/ dt}
在上述公式中,存在一个未知的实体。这是中号。这是因为互感是两个独立电路中互感电压的原因。该M互感系数系数。
与第一线圈L1相同,由于第一线圈的互感而产生的互感电压可以为–
V 2 = M {di 2(t)/ dt}
与电感一样,互感也以亨利为单位。互感的最大值可以是√L 1大号2。当电感以电流变化的速率感应电压时,互感也会感应一个电压,称为互电压M(di / dt)。该互电压可以为正或负,这在很大程度上取决于线圈的物理结构和电流方向。
DOT公约
该点会议是确定相互感应电压的极性的必备工具。顾名思义,圆形的圆点标记是一个特殊符号,用于互耦电路中两个线圈的末端。该点还提供了围绕其磁芯的绕组结构的信息。
在以上电路中,显示了两个相互耦合的电感器。这两个电感器的自感值为L1和L2。
电感两端产生的电压V1和V2是电流进入虚线端子上的电感的结果。假设这两个电感的互感为M,则可以使用以下公式计算感应电压,
对于第一电感器L1,感应电压将为-
V 1 = L 1(di 1 / dt)±M(di 2 / dt)
可以使用相同的公式来计算第二电感的感应电压,
V 2 = L 2(di 2 / dt)±M(di 1 / dt)
因此,电路包含两种类型的感应电压,一种是由于自感引起的感应电压,另一种是由于互感引起的互感电压。使用公式V = L(di / dt)可以计算出与自感有关的感应电压,该公式为正,但是根据绕组的结构以及电流的大小,相互感应的电压可以为正也可以为负。点的使用是确定此互感电压极性的重要参数。
在两个端子属于两个不同线圈并用点相同标记的耦合电路中,对于相对于相同端子的电流相同方向,每个线圈中的自感和互感磁通将加起来。
耦合系数
电感耦合系数是耦合电路确定电感耦合线圈之间耦合量的重要参数。的耦合系数由字母表示K.
耦合系数的公式是K = M /√L 1 + L 2其中L1是所述第一线圈的自感和L2是第二线圈的自感。
使用磁通量链接两个电感耦合电路。如果一个电感器的整个磁通耦合或链接,另一电感器称为完美耦合。在这种情况下,K可以表示为1,这是100%耦合的简称。耦合系数将始终小于1,并且耦合系数的最大值可以为1或100%。
互感高度依赖于两个电感耦合线圈电路之间的耦合系数。另一方面,如果耦合系数较高,则互感将较高,另一方面,如果耦合系数较低,则将大大降低耦合电路中的互感。耦合系数不能为负数,并且与线圈内部电流的方向无关。耦合系数取决于芯材。在铁或铁氧体磁芯材料中,耦合系数可能非常高,如0.99,而对于空芯,耦合系数可能低至0.4至0.8,这取决于两个线圈之间的空间。
串联电感
电感可以串联在一起。有两种方法可以使用辅助方法或对立方法串联连接电感器。
在上图中,显示了两种类型的串联连接。对于左侧的第一个,电感器通过辅助方法串联连接。在这种方法中,流过两个电感器的电流方向相同。当电流沿相同方向流动时,自感和互感的磁通量最终将彼此链接并加在一起。
因此,可以使用以下公式计算总电感:
大号当量= L 1 + L 2 + 2M
其中,L eq 是总等效电感,M是互感。
对于正确的图像,显示了对立连接。在这种情况下,流过电感器的电流方向相反。因此,可以使用以下公式计算总电感:
大号当量= L 1 + L 2 - 2M
其中,L eq是总等效电感,M是互感。
并联组合电感
与串联电感器组合相同,两个电感器的并联组合可以采用辅助方法和对立方法两种。
对于辅助方法,如左图所示,点约定清楚地表明流过电感器的电流方向相同。要计算总电感,下面的公式可能会很有帮助。在这种情况下,两个线圈中的自感应电磁场允许互感电动势。
大号当量=(L 1大号2M 2)/(L 1 + L 2 + 2M)
对于相反方法,电感器彼此相反的方向并联连接。在这种情况下,互感会产生一个与自感应电动势相反的电压。并联电路的等效电感可以使用以下公式计算:
大号当量=(L 1大号2M 2)/(L 1 + L 2 + 2M)
电感器的应用
耦合电感的最佳用途之一是创建变压器。变压器使用缠绕在铁芯或铁氧体磁芯上的耦合电感器。理想的变压器具有零损耗和100%的耦合系数。除变压器外,耦合电感器还用于Sepic或反激式转换器中。这是通过使用耦合的电感器或变压器将电源的初级输入与次级输出隔离开来的绝佳选择。
除此之外,耦合电感器还用于在无线电发射或接收电路中构成单调谐或双调谐电路