(2-1)
(2-2)
式(2-1)和式(2-2)表明,2个线圈之间的互感系数,都与相应的互感磁链和电流之比有关。可以证明
(2-3)
可以用 表示1和2的互感系数。即我们说的互感。当互感线圈1和2的构成以及位置敲定时,线圈间的互感 就是线圈的固有参数。 的大小与线圈很多因素有关,如匝数、尺寸、相对位置等等。
耦合程度为
(2-4)
由(2-4)式可知, , 值越大,耦合性能也就越好。当 时,称为全耦合,此时第一个线圈产生的磁链在第二个线圈包围的区间通过。则有:
(2-5)
现实情况中,漏磁导致 ,则 。
2.3 耦合线圈参数分析与选定
2.3.1 线圈产生的场强
耦合线圈之间感应电压为
(2-6)
为工作频率,本文取 。 是磁场强度。
是包围的面积。品质因数为 。磁力线和线圈中心线间的夹角是 [9]。
(2-7)
由发送线圈产生的场强如下
(2-8)
其中 取 。
是线圈匝数。 为指定点和发送端线圈之间的长度。 为流过线圈的电流。 为线圈的半径。
由(2-6)、(2-7)、(2-8)式理论计算耦合线圈强度,并根据计算结果初步设定线圈参数范围。
2.3.2 线圈的尺寸大小
假定周长为 的线圈由 匝线圈绕制的。流过其中的电流为 ,产生磁场为 ,则有
(2-9)
由(2-9)式可以看出,加大磁场的方法是增加线圈匝数或者增大电流。
线圈面积是 ,由 匝线圈绕制而成,穿过闭合回路磁通处于变化状态,变化的磁通来自第二个线圈上的变化磁通的耦合[9]。
根据法拉第定律,上述参数关系是
(2-10)
其中 是磁通变化率。则电感特性表达式为
(2-11)
由(2-11)式得线圈绕制匝数的平方和线圈围成的面积影响电感值。所以我们可知导线绕制的匝数越多,电感值越大,线圈绕制的面积越大,电感值也越大[9]。
2.3.3 耦合线圈参数选定
考虑到地下无线感应耦合传输系统的特殊环境,地下传输介质含不同种类,如岩石、水、土壤等。地下传输介质由水、无机物、空气、有机物组成。其中有机物来自动植物。无机物包含土、泥等。动植物、空气和水的相对磁导率接近1。若沙石土中不含磁铁,它们的导磁率也为1。岩石层的平均磁导率为1.009。故可认为地下传输介质的磁导率是定值。
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