При протекании переменного тока I через катушку индуктивности с количеством витков W и сердечником (магнитопроводом) длиной вокруг неё и внутри магнитопровода возникает магнитное поле, которое характеризуется следующими основными параметрами:
· Магнитодвижущая сила МДС = IW – аналог ЭДС в электрическом поле, измеряется в амперах;
· Напряжённость магнитного поля [А/м], при этом произведение напряжённости на длину магнитопровода, равное МДС: есть магнитное напряжение;
· Магнитная индукция [Тл] – интенсивность магнитного поля, где μа – абсолютная магнитная проницаемость;
· Магнитный поток [Вб], где S –площадь сечения магнитопровода;
· Потокосцепление [Вб];
· Индуктивность самоиндукции [Гн];
· По закону Фарадея-Максвелла и правилу Ленца в катушке возникает ЭДС самоиндукции, определяемая как скорость изменения потокосцепления во времени:
.
· Для магнитной цепи, состоящей из n последовательных участков (по аналогии со вторым законом Кирхгофа для электрической цепи) формулируется закон полного тока: МДС магнитной цепи равна сумме магнитных напряжений на последовательных участках этой цепи:
|
|
· Аналогично закону Ома для электрической цепи в магнитной цепи можно записать следующее соотношение:
Таким образом, величина «магнитного сопротивления» аналогична величине электрического сопротивления , где g – удельная электрическая проводимость проводника. Магнитный поток в магнитном поле – есть аналог тока в электрическом поле.
При наличии в непосредственной близости от катушки индуктивности другой катушки в последней, благодаря индукции, будет возникать ЭДС взаимоиндукции, определяемая по закону Фарадея-Максвелла. Это означает, что между катушками установлена индуктивная связь. Рассмотрим параметры такой связи.
Индуктивная связь двух катушек
При подключении первой катушки к источнику в ней создаётся магнитный поток , состоящий из потока рассеяния и потока взаимоиндукции, охватывающего витки второй катушки: .
Соответственно в такой схеме будет три вида потокосцепления:
1. Потокосцепление самоиндукции ;
2. Потокосцепление рассеяния ;
3. Потокосцепление взаимоиндукции .
Аналогично определяются три вида индуктивности:
1. Индуктивность самоиндукции
2. Индуктивность рассеяния
3. Индуктивность взаимоиндукции т.е. 1-я катушка индуцирует ток во 2-й.
Для катушек с линейной индуктивностью соответственно:
Аналогично при подключении второй катушки к источнику получим:
1. Индуктивность самоиндукции
2. Индуктивность рассеяния
3. Индуктивность взаимоиндукции
Согласно принципу взаимности – называется взаимной индуктивностью или индуктивностью взаимоиндукции.
|
|
Таким образом, взаимная индуктивность элементов цепи, возникающая при воздействии тока одного элемента на другой, определяет индуктивную связь этих элементов; и индуцируемая при этом ЭДС называется ЭДС взаимной индукции. При этом взаимная индуктивность [Гн] определяет значение потокосцепления одной катушки с магнитным полем другой так же, как индуктивность L определяет значение потокосцепления самоиндукции и собственное реактивное сопротивление катушки:
.
При подключении первой катушки к источнику, а второй к нагрузке в них возникнут следующие общие потокосцепления:
;
;
при этом знак «+» ставится при согласном включении катушек, а «-» при встречном включении катушек.
а) согласное; б) встречное.
Начала катушек или же одноимённые зажимы обозначаются жирными точками и при согласном включении токи в катушках одинаково ориентированы относительно одноимённых зажимов, а при встречном – противоположны. Таким образом, тип включения катушек определяется способом намотки и направлением токов в них. При этом направление магнитного потока Ф противоположно направлению обмотки (правило буравчика, направление силовых линий магнитного поля).
Поскольку напряжение на каждой катушке при отсутствии потерь на резистивных элементах равно по величине и противоположно по знаку ЭДС, то их можно определить следующим образом:
поскольку ;
и аналогично:
где называются вносимыми напряжениями (возникающими в одной катушке за счет влияния другой). Их знак также зависит от направления обмотки, и при одинаковых направлениях (при согласном включении) вносимые напряжения будут складываться с собственными напряжениями катушек.
Степень связи двух индуктивно связанных катушек называется коэффициентом индуктивной связи и обозначается:
КМ = 0 – означает отсутствие связи между катушками;
КМ = 1 – означает жёсткую связь между катушками.
Иногда степень связи также оценивают коэффициентом рассеивания :
.