张彤
张彤
Published on 2025-09-07 / 7 Visits
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5.并联电感器

并联电感器

Inductors in Parallel

当两个或多个电感器的两端分别互相连接时,即称它们为并联连接。并联电感器上的电压降相同,因此,并联电感器具有公共电压。在下例中,电感器两端的电压表示为:

V_{L1}=V_{L2}=V_{L3}=V_{AB}\,\dots


在下图电路中,电感器 L_1、L_2 和 L_3 全部并联连接在 A 点和 B 点之间。

Inductors in Parallel Circuit

在先前的串联电感教程中,我们了解到电路的总电感 L_T 等于各电感之和;而对于并联连接的电感,等效电感 L_T 的计算方式不同。

根据基尔霍夫电流定律(KCL),并联电感器中流过的总电流为

I_T = I_1 + I_2 + I_3


我们又知道,自感电动势可表示为

V = L \frac{di}{dt}.


将并联组合中流过的总电流 i = i_1 + i_2 + i_3 代入上述表达式,得到并联组合两端的电压为

V_{AB} = -L_T \frac{d}{dt}(i_1 + i_2 + i_3) = L_T\biggl(\frac{d i_1}{d t} + \frac{d i_2}{d t} + \frac{d i_3}{d t}\biggr).


又将 \displaystyle \frac{d i}{d t} = \frac{v}{L} 代入,可得

V_{AB} = L_T\Bigl(\frac{V}{L_1} + \frac{V}{L_2} + \frac{V}{L_3}\Bigr).


进一步化简,可得并联电感器的等效电感公式:

\frac{1}{L_T} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \frac{1}{L_3} \quad\Longrightarrow\quad L_T = \Bigl(\tfrac{1}{L_1} + \tfrac{1}{L_2} + \tfrac{1}{L_3}\Bigr)^{-1}.


这里,就像并联电阻的计算一样,单个电感的倒数(\tfrac{1}{L_n})值相加,而不是它们本身。但同样地,与串联电感一样,上述公式仅在两个或多个电感之间没有互感或磁耦合(即它们相互磁隔离)时才成立。如果线圈之间存在耦合,总电感还会受到耦合程度的影响。

该计算方法可用于计算单个并联网络中任意数量电感器的总电感。但如果只有两个电感器并联,则可以使用更简单、更快速的公式来求总电感值,即:

L_T = \frac{L_1 \times L_2}{L_1 + L_2}.


关于并联电感电路,有一点很重要:任何两个或多个电感器并联时,其总电感(L_T)总是小于并联支路中最小电感的数值。

教程例题No.1

三个电感器分别为 60\,\mathrm{mH}、120\,\mathrm{mH}75\,\mathrm{mH},在它们之间不存在任何互感,且三者并联连接。求该并联组合的总电感值(以毫亨为单位)。

解: 并联电感的等效电感满足

\frac{1}{L_T} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \frac{1}{L_3}.


因此,

L_T = \frac{1}{\dfrac{1}{L_1} + \dfrac{1}{L_2} + \dfrac{1}{L_3}} = \frac{1}{\dfrac{1}{60\,\mathrm{mH}} + \dfrac{1}{120\,\mathrm{mH}} + \dfrac{1}{75\,\mathrm{mH}}} = \frac{1}{38.333\,\mathrm{mH^{-1}}} = 26\,\mathrm{mH}.


互感并联电感器

Mutually Coupled Parallel Inductors

当电感器以并联方式连接,并且其中一个电感的磁场与另一个电感相互连结时,互感的作用会根据线圈之间的磁耦合程度而使总电感值增加或减少。此互感效应取决于线圈之间的距离以及它们的相对取向。

互感并联电感器可分为“助磁”或“抗磁”两种方式:

  • 并联助磁:与无互感时相比,增大等效总电感。

  • 并联抗磁:与无互感时相比,减小等效总电感。

可通过在线圈图示上使用极性点(polarity dots)或极性标记来表示助磁或抗磁的连接方式,如下所示。

并联助磁电感器

Parallel Aiding Inductors

上图中两只并联助磁电感器两端的电压相同,因此电流 i_1i_2 会变化以保持电压相等。于是,两只并联助磁电感器的总电感 L_T 表示为:

L_T = \frac{L_1 L_2 - M^2}{L_1 + L_2 - 2M}.


其中, 2M 表示线圈 L_1 L_2 以及线圈 L_2L_1 的相互影响。

  • 若两只电感相等且磁耦合完全(例如在环形磁芯电路中),则

    L_T = L_1 = L_2 = M.

  • 若互感为零,则总电感退化为无互感情况下的并联值,即

    L_T = \frac{L}{2}.


并联抗磁电感器

Parallel Opposing Inductors

若将其中一只线圈翻转,则得到并联抗磁电感器,此时两线圈之间的互感 M 对各自电感产生抵消作用,而非助磁,如下所示。

然后,两只并联抗磁电感器的总电感 L_T 表示为:

L_T = \frac{L_1 L_2 - M^2}{L_1 + L_2 + 2M}.


这时,如果两只电感值相等且它们之间的磁耦合完全,则等效电感和电感器上的自感电动势都将为零,因为两只电感互相抵消。

这是因为当电流 i_1 i_2 分别流过每只电感时,二者产生的互感磁通在大小相等但方向相反的情况下相互抵消,总互感磁通为零。

因此,这两只线圈对电路中的电流流动等效于短路,所以等效电感 L_T 变为

L_T = \frac{L \pm M}{2}.


教程例题 No.2

两个电感器的自感分别为 75\,\mathrm{mH} 和 55\,\mathrm{mH},以助磁并联方式连接。它们的互感为 22.5\,\mathrm{mH}。求并联组合的总电感 L_T

\begin{align} L_T &= \frac{L_1L_2 - M^2}{L_1 + L_2 - 2M} \\ &= \frac{75\,\mathrm{mH}\times 55\,\mathrm{mH} - \bigl(22.5\,\mathrm{mH}\bigr)^2}{75\,\mathrm{mH} + 55\,\mathrm{mH} - 2\times 22.5\,\mathrm{mH}} \\ &= 42.6\,\mathrm{mH}. \end{align}


教程例题 No.3

计算如下电感电路的等效电感:

  1. 计算第一个电感支路 L_A(电感器 L_5 与电感器 L_6 L_7 并联)

    L_A \;=\;\frac{L_5\times(L_6+L_7)}{L_5+L_6+L_7} =\frac{50\,\mathrm{mH}\times(40\,\mathrm{mH}+100\,\mathrm{mH})}{50\,\mathrm{mH}+40\,\mathrm{mH}+100\,\mathrm{mH}} =36.8\,\mathrm{mH}.

  2. 计算第二个电感支路 L_B(电感器 L_3 与电感器 L_4 L_A 并联)

    L_B \;=\;\frac{L_3\times(L_4+L_A)}{L_3+L_4+L_A} =\frac{30\,\mathrm{mH}\times(20\,\mathrm{mH}+36.8\,\mathrm{mH})}{30\,\mathrm{mH}+20\,\mathrm{mH}+36.8\,\mathrm{mH}} =19.6\,\mathrm{mH}.

  3. 计算等效电路电感 L_{EQ}(电感器 L_1 与电感器 L_2L_B 并联)

    L_{EQ} \;=\;\frac{L_1\times(L_2+L_B)}{L_1+L_2+L_B} =\frac{20\,\mathrm{mH}\times(40\,\mathrm{mH}+19.6\,\mathrm{mH})}{20\,\mathrm{mH}+40\,\mathrm{mH}+19.6\,\mathrm{mH}} =15\,\mathrm{mH}.

最后得到该电路的等效电感为 15\,\mathrm{mH}

教程小结

  • 与电阻相似,并联连接的电感器两端电压相同,记作 V。并联电感会降低电路的等效电感,若将 N 个电感并联,则等效电感 L_T 为各电感倒数之和的倒数:

    L_T \;=\; \Bigl(\sum_{n=1}^{N}\frac{1}{L_n}\Bigr)^{-1}.

  • 与串联互感电感器相同,互感并联电感可分为“助磁”或“抗磁”两类,取决于线圈是同向耦合(增加总电感)还是反向耦合(减少总电感)。

  • 到目前为止,我们仅考察了理想的无源电感器。在下一节电感器教程中,我们将研究具有实阻的非理想电感器,其等效电路为电感器与电阻串联,并分析该电路的时间常数。

附录

单词表

English Term

中文翻译

Parallel inductors

并联电感器

Inductance

电感

Self-inductance

自感

Mutual inductance

互感

Magnetic coupling

磁耦合

Aiding

助磁

Opposing

抗磁

Equivalent inductance

等效电感

Kirchhoff’s Current Law (KCL)

基尔霍夫电流定律

Reciprocal

倒数

Ideal inductor

理想电感器

Non-ideal inductor

非理想电感器

Time constant

时间常数

Series connected inductors

串联电感器

Resistive coil

电阻线圈

Equivalent circuit

等效电路

Magnetic flux

磁通

Toroidal circuit

环形磁路

Short circuit

短路

Voltage drop

电压降

Branch

支路

声明

本文翻译自 electronics-tutorials

本文仅供学习,禁止用于任何的商业用途。


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