Литература / Лекции С.А.Попов / Tema_4_vzaimoin
.doc
ТЕМА 4 |
ИНДУКТИВНО-СВЯЗаННЫЕ ЦЕПИ (ВЗАИМОИНДУКЦИЯ) |
4.1. Основные понятия 4.2. Анализ цепей со взаимной индуктивностью 4.3. Передача энергии |
4.1. Основные понятия
Если две катушки индуктивности расположены рядом или намотаны на общем сердечнике, то часть магнитного потока одной катушки будет пронизывать витки другой катушки и наоборот. Такие катушки индуктивности с общим (взаимным) магнитным полем называются индуктивно-связанными.
В результате при протекании тока в двух индуктивно связанных катушках каждая из них пронизываться двумя магнитными потоками – собственным магнитным потоком и магнитным потоком взаимоиндукции ().
Собственная индуктивность 1-й катушки , где - потокосцепление, а - число витков 1-й катушки.
Взаимная индуктивность 2-ой катушки, обусловленная током 1-й катушки, от .
Аналогично для второй катушки
Собственная индуктивность 2-й катушки;
Взаимная индуктивность 1-ой катушки тока от 2-й катушки .
Для конкретной системы катушек, находящихся в одной и той же среде,
и зависит только от их расположения, магнитной проницаемостью среды, в которой находятся катушки, числа витков катушек индуктивности и не зависит от и .
На электрических схемах индуктивно связанные (через магнитное поле) катушки индуктивности изображаются следующим образом:
Как известно, способность к созданию магнитного потока в катушке при протекании тока в этой катушке индуктивности характеризуется параметром – собственной индуктивностью L [Гн].
Аналогично, параметр, характеризующий способность к появлению магнитного потока в катушке при протекании тока в другой катушке называется взаимной индуктивностью M [Гн].
Для идеальных катушек индуктивности
Тогда ; - комплекс индуктивного сопротивления 1-й и 2-ой катушек; - комплекс сопротивления взаимной индуктивности в 1-ой и 2-ой катушках.
Поэтому схема замещения катушки со взаимной индуктивностью состоит из двух элементов:
Для оценки степени индуктивной (магнитной) связи двух катушек служит коэффициент индуктивной связи катушек.
, .
4.2. Анализ цепей со взаимной индуктивностью
В цепях переменного тока потоки самоиндукции и взаимоиндукции наводят в катушках Э.Д.С. само- и взаимоиндукции соответственно, которые должны быть учтены при анализе режимов электрических цепей.
Как известно, Э.Д.С. самоиндукции учитывают в расчетах в виде индуктивного сопротивления (L). Аналогично, ЭДС взаимоиндукции следует учитывать при расчетах путем введения сопротивления взаимоиндукции (M).
Потоки самоиндукции и взаимоиндукции (как и соответствующие Э.Д.С.) могут быть направлены встречно или согласно.
При согласном включении потоки (а, следовательно, и Э.Д.С.) самоиндукции и взаимоиндукции складываются, а при встречном – вычитаются.
При расчетах в уравнениях:
при согласном включении ;
при встречном включении .
Учет направлений потоков само- и взаимоиндукции обусловлен:
-
направлением намотки катушек на сердечник;
-
положительным направлением токов в катушках.
Практически при расчетах поступают так:
-
Маркируют точками одноименные зажимы (например, начала) катушек.
Одноименными считаются зажимы катушек, для которых при подаче через них тока потоки самоиндукции и взаимоиндукции складываются.
-
Если на электрической схеме токи двух индуктивносвязанных катушек одинаково ориентированы относительно одноименных зажимов (например, оба направлены к началам или оба направлены от начал катушек),то катушки индуктивности включены согласно, если нет – то встречно.
На схемах согласное и встречное включение катушек обозначается следующим образом:
При определении коэффициентов взаимоиндукции М (взаимной индуктивности) и самоиндукции L (собственной индуктивности) опытным путем включают катушки согласно и встречно, производят замеры и рассчитывают L и M.
; ;
;
; .
Примечание:
можно определить на постоянном токе методом амперметра-вольтметра.
; ;
; ;
; ; .
; .
При расчетах сложных цепей со взаимной индуктивностью возможен расчет по законам Кирхгофа, методом контурных токов и методом наложения. При этом при составлении уравнений напряжение взаимной индуктивности имеет знак плюс (+), если направление обхода элемента и направление тока в индуктивно связанном с ним элементе совпадают относительно одноименных зажимов этих элементов.
Метод эквивалентного генератора применяется только тогда, когда ветвь с искомым током не имеет магнитной связи с другими ветвями.
Нельзя применять для расчета магнитосвязанных цепей метод узловых напряжений, преобразование магнитосвязанных ветвей и преобразование источников ЭДС в источники тока и наоборот.
4.3 Передача энергии
При наличии в цепи индуктивных связей осуществляется передача энергии от одного элемента к другому электромагнитным путем.
Для количественной оценки энергетических процессов в идеальном элементе взаимоиндукции необходимо рассчитывать полную мощность каждого из индуктивных элементов:
.
Суммарная активная мощность идеального элемента взаимоиндукции (идеальных индуктивных элементов, связанных индуктивно) равна нулю. При этом у индуктивного элемента с положительной активной мощностью наблюдается приток энергии из цепи (первичная катушка трансформатора), а индуктивный элемент с отрицательной активной мощностью отдает энергию в цепь (вторичная катушка трансформатора).
Суммарная реактивная мощность идеальных элементов взаимоиндукции положительна.