题目
3 以代表两个线圈之间的互感系数, L1 和 L2 代表各自的自感系数,试 证在无漏磁情况下有 M , L1L2 。(无漏磁是指满足 ,12 ,,11 及 , 21 ,, 22 即完全偶合 )
3 以代表两个线圈之间的互感系数, L1 和 L2 代表各自的自感系数,试 证在无漏磁
情况下有 M , L1L2 。(无漏磁是指满足 ,12 ,,11 及 , 21 ,, 22 即完全偶合 )
题目解答
答案
自感系数和分别定义为
,11 N1,11 , 22 N 2, 22 , , L1 , L2 ,
I1 I1 I 2 I 2
N1,11N 2, 22 L2 L1 , I1I 2 由于两个线圈完全偶合,满足条件 ,12 , ,11 及 , 21 , , 22 ,故
N1,11N 2, 22 N 2,12 N1, 21 M L2 L1 , , , M12 21 , M 2 I1I 2 I1 I 2 因而证得 M , L1L2
解析
考查要点:本题主要考查互感系数与自感系数的关系,以及完全偶合条件下两线圈的磁通量分布规律。
解题核心思路:
- 明确基本定义:自感系数 $L$ 是线圈自身磁通量与电流的比值,互感系数 $M$ 是两线圈间磁通量与电流的比值。
- 完全偶合条件:无漏磁时,线圈1的磁通量完全耦合到线圈2,即 $\Phi_{12} = \Phi_{11}$,$\Phi_{21} = \Phi_{22}$。
- 联立方程:通过互感系数的两种表达式联立,消去电流比,最终推导出 $M = \sqrt{L_1 L_2}$。
破题关键点:
- 利用完全偶合条件,将互感系数与自感系数的表达式关联。
- 联立互感系数的两种表达式,消去无关变量,得到最终关系式。
自感系数定义:
线圈1的自感系数 $L_1 = \frac{\Phi_{11}}{I_1}$,线圈2的自感系数 $L_2 = \frac{\Phi_{22}}{I_2}$,其中 $\Phi_{11}$ 和 $\Phi_{22}$ 分别为线圈自身电流产生的磁通量。
互感系数定义:
互感系数 $M = \frac{\Phi_{21}}{I_1} = \frac{\Phi_{12}}{I_2}$,其中 $\Phi_{21}$ 是线圈1电流在线圈2中产生的磁通量,$\Phi_{12}$ 是线圈2电流在线圈1中产生的磁通量。
完全偶合条件:
无漏磁时,$\Phi_{12} = \Phi_{11}$,$\Phi_{21} = \Phi_{22}$。
联立方程:
- 由 $M = \frac{\Phi_{21}}{I_1}$ 和 $\Phi_{21} = \Phi_{22}$,得 $M = \frac{\Phi_{22}}{I_1} = \frac{L_2 I_2}{I_1}$。
- 由 $M = \frac{\Phi_{12}}{I_2}$ 和 $\Phi_{12} = \Phi_{11}$,得 $M = \frac{\Phi_{11}}{I_2} = \frac{L_1 I_1}{I_2}$。
- 联立两式:
$\frac{L_2 I_2}{I_1} = \frac{L_1 I_1}{I_2} \implies L_1 L_2 = \frac{L_2 I_2}{I_1} \cdot \frac{L_1 I_1}{I_2} = M^2$
因此,$M = \sqrt{L_1 L_2}$。