CR · 磁耦合
互感与耦合系数
两个线圈共享磁通时,一个线圈电流的变化会在另一个线圈上产生电压。本单元学习这个共享的比例,即耦合系数 k,如何决定互感 M。
它们共享多少磁通?
左边的金色线圈中有电流流过,右边的线圈接收它的磁通。只包住左边线圈的淡色圈是向旁边漏出的磁通,同时包住两个线圈的金色大圈是两者共享的磁通。把耦合系数 k 从 0 调到 1,淡色圈会一条一条地变成金色圈。
耦合系数 kk = 0.50
此刻的互感
M = 10.0 mH
上限 √(L₁L₂) = 20.0 mH(当 k = 1)
部分耦合
从自感到互感
一个线圈会让自己电流产生的磁通与自身交链,这就是自感 L。在旁边再放一个线圈,这部分磁通中就有一部分也穿过第二个线圈。表示穿过第二个线圈那部分的量,就是互感 M。
k 是鎖交的比例
一个线圈产生的磁通中,只有一部分穿过另一个线圈,其余的向旁边漏出,叫作漏磁通。图中只包住左边线圈的淡色圈,正是漏磁通。把交链的比例定义为耦合系数 k,则 0 ≤ k ≤ 1。k = 0 时两个线圈在磁的方面毫无关系;k = 1 时一个线圈的磁通全部穿过另一个线圈,这就是理想变压器。
为什么上限是 √(L₁L₂)
到达第二个线圈的磁通,不可能超过第一个线圈所拥有的磁通,反过来也一样。把两个方向的耦合合在一起考虑,M 就停在两个电感的几何平均 √(L₁L₂) 处。所以写成 M = k√(L₁L₂),k 用 0 到 1 之间的数表示 M 向这个上限爬了多远。图中两个线圈 L₁ = 40 mH、L₂ = 10 mH,所以上限是 20 mH。
观察M = k √(L₁L₂)
M 等于几何平均 √(L₁L₂) 乘以 k。
选择Mmax = ? (k = 1)
上限是 k = 1 时的值。
填空k = M / ?
用 M 除以上限得到 k。
自己来0 ≤ k ≤ ?
交链磁通不可能超过线圈自身的磁通。
在电压中看到的耦合
在正弦稳态下,两个线圈的电压通过 V₁ = jωL₁I₁ + jωMI₂、V₂ = jωMI₁ + jωL₂I₂ 联系在一起。两个式子中都出现的 M 项,起着连接两个电路的桥梁作用。M 越大,一侧的电流在另一侧电压中的体现就越强。
回到第一屏
把 k 从 0 调到 1,淡色的漏磁通线一条条变成了同时包住两个线圈的金色交链磁通线。这个比例就是 k,而 M 只上升到上限 √(L₁L₂) 乘以 k 的高度。k = 1 时所有磁通线都穿过两个线圈,M 碰到了上限。说到底,耦合就是磁通共享多少的问题。
互感 M = k√(L₁L₂) 是一个线圈的电流变化在另一个线圈上产生的交链强度。耦合系数 k(0 ≤ k ≤ 1)是一个线圈的磁通中穿过另一个线圈的比例,k = M/√(L₁L₂) 表示相对于上限 √(L₁L₂) 的位置。k = 0 为无耦合,k = 1 为理想变压器。