靠在一起色环电感之间的互感量

原创 TsinghuaJoking 2021-05-16 10:56

简 介: 对于很靠近的两个色环电感之间的互感进行实验测量。发现了大体他们之间的互感系数在0.3左右。但令人感到奇怪的是,无论两个色环电感相互的极性如何,互感总是正的。具体现象见博文内容,但其中的道理何在呢?
关键词 互感色环电感互感系数

§01 串联色环电感


  昨天的 色环电感外部磁场泄露[1] 测试中,初步探讨了使用色环电感作为天线放大器扼流圈负载的情况下,如何避免由于漏感引起的放大器磁耦合自激振荡的情况。在留言区中 佟超 给出了 一个非常有趣的建议:那就是利用两个色环电感局部电气串联在一起,但结构上并联在一起,并且极性相反,如此构成一个局部准磁环的结构,可以大大减少外漏的磁场量,同时在一定程度上也提高了电感电感量。下面通过具体测量来检验这种连接方式对于两个电感最终的电感量、漏磁场的影响。

▲ 参与实验的两个色环电感

  测试所使用的两个色环电感的参数,使用 NanoVNA[2] 测量电感在150kHz下的参数:

 ◎ 电感1的参数(@150kHz):
   电感(uH):4158.6
   串联电阻(Ω):213.16
   品质因子Q:18.39

 ◎ 电感2的参数(@150kHz):
   电感(uH):4116.91
   串联电阻(Ω):212.17
   品质因子Q:18.29

1.电感串联

  将两个电感进行串联,在空间上它们可以呈现不耦合(相距很远),并行放在一起同相耦合和反向耦合。

(1)不耦合

 ◎ 串联电感的参数(@150kHz):
   电感(uH):8479.51
   串联电阻(Ω):648.05

            品质因子Q:12.33

▲ 两个电感不耦合

(2)同相耦合

 ◎ 串联电感的参数(@150kHz):
   电感(uH):11069.5
   串联电阻(Ω):804.99
   品质因子Q:12.96

▲ 两个电感串联同相耦合

(3)反向耦合

 ◎ 串联电感的参数(@150kHz):
   电感(uH):10501.16
   串联电阻(Ω):579.53
   品质因子Q:17.08

▲ 两个电感串联,反向耦合

2.电感并联

(1)不耦合

 ◎ 串联电感的参数(@150kHz):
   电感(uH):2029.75
   串联电阻(Ω):75.46
   品质因子Q:25.35

▲ 两个电感并联不耦合

(2)同相耦合

 ◎ 串联电感的参数(@150kHz):
   电感(uH):1617.11
   串联电阻(Ω):66.48

            品质因子Q:22.92

▲ 两个电感并联,同相耦合

(3)反向耦合

 ◎ 串联电感的参数(@150kHz):
   电感(uH):1640.01
   串联电阻(Ω):62.91
   品质因子Q:24.56

▲ 两个电感并联,反向耦合

3.结果总结

(1)电感测量表格

  将上面的测量结果总结在下面的表格中。

并联模式电感(uH)电阻(Ω)品质因子Q
电感14158.6213.1618.39
电感24116.91212.1718.29
串联,不耦合8479.51648.0512.33
串联,同相耦合11069.55804.9912.96
串联,反向耦合10501.16579.5317.08
并联,不耦合2029.7575.4625.35
并联,同相耦合1617.1166.4822.92
并联,反向耦合1640.0162.9124.56

(2)测量互感

  根据 有互感的电感的串并联[3] 考虑带有互感的电感串联,互感 串联电感为:


  串联电感为:


  那么上面的测量结果来看,当两个电感靠在一起的时候,无论是他们的极性是相同,还是相反,所获得串联电感都是增加的。同样,对于并联并联在一起,如果耦合在一起对应的电感也是降低了。因此,这里其中相互耦合M都是大于零的

  根据上面的测量值,可以测量在不同耦合下对应的两个电感之间的互感。串联互感计算公式:


  并联互感计算公式:


并联模式互感M(uH)互感系数
串联,不耦合1020.025
串联,同相耦合1397.020.3376
串联,反向耦合1112.820.2689
并联,不耦合148.450.0359
并联,同相耦合1287.130.311
并联,反向耦合1234.520.2984

  可以看到放在一起的两个色环电感,他们之间的互感总是大于零的。这一点是很奇怪的。他们之间的互感系数大体在0.3左右。

结讨论 ※


  过实验验证了原来一直想知道的,当两个色环电感靠近在一起他们之间的互感大体为0.3左右。令人想不到的是, 无论两个电感的方向如何,他们之间的互感总是正的,而且大体在0.3左右。

▲ 靠近的两个电感之间的磁场

  关于为什两个靠近的工字型的电感之间的互感总是正的?这一点还有点进一步的理解、探讨。谁能告诉我其中的道理呢?


参考资料

[1]

色环电感外部磁场泄露: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116858591

[2]

NanoVNA: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/116295857

[3]

有互感的电感的串并联: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/113498649





公众号留言

§01 标比赛场地光线


卓大大 ,信标比赛场地阳光会大概什么样子呀? 像第一种或第二种?

  • 第一种情况:

▲ 第一种情况
  • 第二种情况:
▲ 第二种情况

回复:  比赛现场这两种情况都有可能的。不过按照往届比赛现场来看,大部分情况还都比较不错,都想第二种情况。也有的赛区的环境相第一种情况,甚至更甚,比如在第14届华南赛区比赛,湖南大学的比赛场地,阳光是可以直接照射在场地内的。

§02 夜调车的环境


卓大大,熬夜调车人独有的美景,给您乐呵乐呵。

▲ 长延时曝光下的车模运行轨迹

回复:  美哉!


TsinghuaJoking 这是一个公众号,它不端、不装,与你同游在课下、课上。 卓晴博士,清华大学中央主楼 626A。010-62773349, 13501115467,zhuoqing@tsinghua.edu.cn
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