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电感性耦合

/inductive coupling/
条目作者朱桂萍

朱桂萍

最后更新 2023-06-05
浏览 202
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电磁骚扰源通过电路或系统之间的磁场并以互电感(耦合电感)形式作用于敏感对象的电磁耦合方式。

英文名称
inductive coupling
所属学科
电气工程

感性耦合又称磁场耦合,可以采用恒定磁场理论直接分析,也可以先采用恒定磁场原理计算电感,再采用电路理论间接分析。解决感性耦合的有效措施是尽量减小骚扰源和敏感对象之间的互电感。

感性耦合中的电感系数可以借助于恒定磁场原理来分析计算。对于一个由个导电回路组成的载流系统,设回路的编号依次为,相应的回路磁链和电流分别为。设磁链与电流的参考方向满足右手螺旋关系,由恒定磁场原理可知,个导电回路的磁链与电流的关系可表示为:


式中为回路的自电感;为回路与回路之间的互电感。自电感和互电感均为正值,且有。电感仅与回路的形状、尺寸、相互位置以及磁媒质的磁导率有关,而与各回路的电流无关。

当各导电回路的电流以角频率随时间作正弦变化时,由法拉第电磁感应定律可知,各回路的感应电压与电流的关系表示为:


图1表示端接低阻抗或终端短路传输线间的感性耦合,既可以反映高压输电线路与邻近通信线路间的感性耦合,也可以反映印制板上相邻印制线之间的感性耦合。用于两传输线间感性耦合分析的等效电路模型见图2,图中分别为图1中传输线回路1的等效电压源电压和等效阻抗(),为传输线回路2的等效阻抗(),分别为传输线回路1和传输线回路2的自电感,为传输线回路1和传输线回路2之间的互电感。

图1 端接低阻抗或终端短路传输线间的感性耦合图1 端接低阻抗或终端短路传输线间的感性耦合

图2 感性耦合分析的等效电路图2 感性耦合分析的等效电路

实际工程中,通常远大于,即感性耦合为弱耦合。对于骚扰源回路,敏感对象回路电流通过互电感对骚扰源回路的作用可以忽略。对于敏感对象回路,由骚扰源回路电流通过互电感在敏感对象回路中产生的,以受控电压源表示。图3表示工程中常用的感性耦合分析的简化等效电路,感应电压为

图3 感性耦合分析的简化等效电路图3 感性耦合分析的简化等效电路

减小感性耦合的关键是减小骚扰源和敏感对象之间的互电感。从磁场强度的角度来说,主要是降低敏感对象周围空间的磁感应强度。一般而言,抑制感性耦合要比抑制容性耦合困难。实际中应用的主要方法和措施有:①增加骚扰源和敏感对象之间的距离。②调整骚扰源和敏感对象的方位,如在电子电路中,通过调整电源变压器和输出变压器的铁心方位使其相互垂直,从而减小电源变压器对输出变压器的磁场耦合。③采用磁屏蔽措施,在骚扰源和敏感对象之间插入高导磁材料,如将电缆放入铁管中,利用铁管的高导磁特性屏蔽骚扰源磁场对电缆的影响。④采用电磁屏蔽措施,在骚扰源和敏感对象之间插入导电材料,利用外部变化磁场在导电材料中感生的涡流场所产生的反向磁场来抑制在敏感对象周围空间产生的合成磁场。例如,在电力线和通信线之间架设双端接地的屏蔽线,利用屏蔽线回路中感应电流产生的反向磁场抑制电力线对通信线的感性耦合影响。⑤减小骚扰源和敏感对象回路的有效面积,进而减小互电感。例如,降低图1中敏感传输线的对地高度,可以明显降低骚扰传输线在敏感传输线上交链的磁通,从而减小互电感;降低图1中骚扰传输线的对地高度,可以使骚扰传输线上的电流和经地系统返回的电流在敏感传输线上产生的磁场大部分相互抵消,从而显著降低通过敏感传输线回路的总磁通;对于双导线系统,一般采用双绞线来抑制外部磁场的干扰,由于双绞线相邻两个节距的磁通方向恰好相反,使得整个双绞线上的等效磁通大幅度降低,从而减小感性耦合。

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