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Wire Wound Chip Inductor
 
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电感器串联电路

发布时间:2013-5-8 10:42:17  访问量:244  

Inductors in series.svg

如上图所示,n 个电感器串联在一起。现将电源连接于这串联电路的两端。按照电感的定义,第 k 个电感器两端的电压 v_k 等于其电感 L_k 乘以通过的电流的变率 \frac{\mathrm{d}i_k}{\mathrm{d}t} 

v_k=L_k \frac{\mathrm{d}i_k}{\mathrm{d}t} 

按照基尔霍夫电流定律,从电源(直流电或交流电)给出的电流 i 等于通过每一个电感器的电流 i_k 。所以,

i=i_1=i_2= \cdots =i_n 

根据基尔霍夫电压定律,电源两端的电压等于所有电感器两端的电压的代数和:

v=v_1 +v_2 + \cdots +v_n=L_1\frac{\mathrm{d}i_1}{\mathrm{d}t} +L_2\frac{\mathrm{d}i_2}{\mathrm{d}t} + \cdots +L_n\frac{\mathrm{d}i_n}{\mathrm{d}t}=(L_1 + L_2 + \cdots + L_n)\frac{\mathrm{d}i}{\mathrm{d}t} 

所以,n 个电感器串联的等效电感 L_{eq} 

L_{eq} = L_1 + L_2 + \cdots + L_n 

由于电感器产生的磁场会与其邻近电感器的缠绕线圈发生耦合,很难避免紧邻的电感器彼此互相影响。物理量互感 M 能够给出对于这影响的衡量。

例如,由电感分别为 L_1 L_2 ,互感为 M 的两个电感器构成的串联电路,其等效互感 L_{eq} 有两种可能:

  • 假设两个电感器分别产生的磁场或磁通量,其方向相同,则称为“串联互助”,以方程表示,
L_{eq} = L_1 + L_2 +2M 
  • 假设两个电感器分别产生的磁场或磁通量,其方向相反,则称为“串联互消”,以方程表示,
L_{eq} = L_1 + L_2 - 2M 

对于具有三个或三个以上电感器的串联电路,必需考虑到每个电感器自己本身的自感和电感器与电感器之间的互感,这会使得计算更加复杂。等效电感是所有自感与互感的代数和。

例如,由三个电感器构成的串联电路,会涉及三个自感和六个互感。三个电感器的自感分别为 M_{11} M_{22} M_{33} ;互感分别为 M_{12} M_{13} M_{23} M_{21} M_{31} M_{32} 。等效电感为

L_{eq} = (M_{11} + M_{22} + M_{33}) + (M_{12} + M_{13} + M_{23}) + (M_{21} + M_{31} + M_{32}) 

由于任意两个电感器彼此之间的互感相等,M_{ij} = M_{ji} ,后面两组互感可以合并:

L_{eq} = (M_{11} + M_{22} + M_{33}) +2 (M_{12} + M_{13} + M_{23}) 

导引


串联互助电路图。



串联互消电路图。

如上图所示,两个电感器串联互助在一起。将电源连接于这串联电路的两端。应用基尔霍夫电压定律,按照点规定(dot convention),可以得到

-v+L_1\frac{\mathrm{d}i}{\mathrm{d}t}+M\frac{\mathrm{d}i}{\mathrm{d}t} +L_2\frac{\mathrm{d}i}{\mathrm{d}t}+M\frac{\mathrm{d}i}{\mathrm{d}t}=0 

其中,v 是电源两端的电压,i 是电流。

电压 v 和电流 i 之间的关系为

v=(L_1 + L_2 +2M)\frac{\mathrm{d}i}{\mathrm{d}t}  

所以,两个电感器串联互助的有效电感为

L_{eq}=L_1 + L_2 +2M 

类似地,可以得到两个电感器串联互消的有效电感。

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