Две катушки с сопротивлениями R1 и R2, индуктивностями L1 и L2 и взаимной индуктивностью М соединены последовательно. Возможны два вида их включения: согласное (рис. 4.4а) и встречное (рис. 4.4б).
При согласном включении токи в обоих элементах в любой момент времени направлены одинаково относительно одноименных выводов, поэтому магнитные потоки самоиндукции Ф11 (или Ф22) и взаимной индукции Ф12 (или Ф21), сцепленные с каждым элементом, складываются. При встречном включении токи в обоих элементах цепи в любой момент времени направлены противоположно относительно одноименных выводов, поэтому магнитные потоки самоиндукции и взаимной индукции, сцепленные с каждым элементом, вычитаются.
Индуктивность двух последовательно соединенных индуктивно связанных элементов определяется выражением:
, (4.7)
где и - потокосцепления первого и второго элементов, причем ; .
Знак плюс относится к согласному, а знак минус ко встречному включению. Следовательно,
L = L1 + L2 ± 2M.
Полное сопротивление при согласном включении больше, чем при встречном.
Напряжения на элементах имеют по три составляющие:
(4.8)
Если индуктивность одного из элементов меньше взаимной индуктивности, то при встречном включении наблюдается своеобразный «емкостный» эффект. Пусть, например, L2 < М, при этом в выражении
имеем ω(L2-M) < 0, и, следовательно, напряжение отстает по фазе от тока , как в случае емкостного сопротивления. Конечно, реактивное сопротивление всей цепи в целом индуктивное, так как L = L1+ L2 - 2М > 0 и ток отстает по фазе от напряжения .
На (рис. 4.5а,б) показаны векторные диаграммы для согласного и встречного включений при одинаковом значении тока в обоих случаях.
Входное комплексное сопротивление цепи получаем, учитывая (4.8)
; (4.9)
где (4.10)
Параллельное соединение индуктивно связанных элементов цепи
Две катушки с сопротивлениями R1 и R2, индуктивностями L1 и L2 и взаимной индуктивностью М соединены параллельно, причем одноимённые выводы присоединены к одному и тому же узлу (рис. 4.7).
При выбранных положительных направлениях токов и напряжения получаем следующие выражения:
; (4.11)
; (4.12)
; (4.13)
где (4.14)
В этих уравнениях комплексные напряжения и взяты со знаком плюс, так как положительные направления этих напряжений (выбранные сверху вниз) и тех токов, от которых эти напряжения зависят, ориентированы относительно одноименных выводов одинаково. Решив уравнения, получим
; (4.15)
; (4.16)
. (4.17)
Откуда следует, что входное комплексное сопротивление рассматриваемой цепи
. (4.18)
Рассмотрим теперь включение, при котором одноименные выводы присоединены к разным узлам, т. е. L1 и L2 присоединены к узлу разноименными выводами. В этом случае положительные направления напряжений взаимной индукции (выбранные сверху вниз) и тех токов, от которых они зависят, ориентированы относительно одноименных выводов неодинаково и комплексные напряжения и войдут в уравнения (4.12) и (4.13) со знаком минус. Для токов получатся выражения, аналогичные (4.15-4.17), с тем отличием, что ZМ заменяется на - ZМ и входное сопротивление цепи
. (4.19)