Inductanța mutuală (reciprocă) este interacțiunea unui câmp magnetic al unei bobine pe o altă bobină deoarece induce o tensiune în bobina adiacentă.

Atunci când emf este indusă într-o bobină adiacentă situată în același câmp magnetic, se zice că emf este indusă magnetic, inductiv sau prin inducție mutuală, simbol (M). Atunci când două sau mai multe bobine sunt legate magnetic printr-un flux magnetic comun, se spune că au proprietatea de Inductanță Mutuală.

Inductanța mutuală este principiul operațional de bază al transformatorului, motoarelor, generatoarelor și oricărei alte componente electrice care interacționează cu un alt câmp magnetic. Atunci, putem defini inducția mutuală prin curentul care curge într-o bobină și induce o tensiune într-o bobină adiacentă.

Dar inductanța mutuală poate fi, de asemenea, un lucru rău, deoarece inductanța unei bobine poate interfera cu funcționarea unei alte componente adiacente prin inducție electromagnetică, astfel încât poate fi necesară o anumită formă de ecranare electrică la un potențial de masă.

Cantitatea de inductanță mutuală care leagă o bobină cu alta depinde foarte mult de poziționarea relativă a celor două bobine. Dacă o bobină este poziționată alături de cealaltă bobină astfel încât distanța fizică este mică, atunci aproape tot fluxul magnetic generat de prima bobină va interacționa cu spirele celei de-a doua bobine inducând un emf relativ mare și, prin urmare, producând o valoare mare a inductanței mutuale.

De asemenea, dacă cele două bobine sunt mai îndepărtate una de cealaltă sau în unghiuri diferite, cantitatea de flux magnetic indus de la prima bobină la a doua va fi mai slabă, producând o emf indusă mult mai mică și prin urmare o valoare de inductanță mutuală mult mai mică. Deci, efectul inductanței mutuale depinde în mare măsură de pozițiile sau distanțele relative (S) dintre cele două bobine și acest lucru este demonstrat mai jos.

Inductanța reciprocă între bobine

Inductanța mutuală care există între cele două bobine poate fi mărită considerabil prin poziționarea lor pe un miez comun din fier moale sau prin creșterea numărului de spire ale fiecărei bobine așa cum ar putea fi găsite într-un transformator.

Dacă cele două bobine sunt înfășurate strâns una peste cealaltă pe un miez comun de fier moale orice pierderi datorate scurgerii de flux vor fi extrem de mici. Atunci, presupunând o legătură perfectă de flux între cele două bobine, inductanța mutuală care există între ele poate fi dată de:

unde:
μo este permeabilitatea aerului (4.π.10-7)
μr este permeabilitatea relativă a miezului de fier moale
N este în numărul de spire
A este în aria secțiunii transversale în m²
l este lungimea bobinelor în metri

Inducția mutuală

Aici curentul care curge în bobina unu (L1) stabilește un câmp magnetic în jurul său cu unele dintre aceste linii de câmp magnetic care trec prin bobina 2 (L2) dându-ne inductanța mutuală. Bobina 1 are un curent I1 și N1 spire, în timp ce bobina 2 are N2 spire. Prin urmare, inductanța mutuală, M12 a bobinei doi care există în raport cu bobina unu depinde de poziția lor în raport una cu cealaltă și este dată de:

De asemenea, fluxul care leagă bobina unu L1 atunci când un curent curge în bobina doi L2 este exact același ca fluxul care leagă bobina doi atunci când același curent curge în bobina unu de mai sus, atunci inductanța mutuală a bobinei 1 față de bobina 2 este definită ca M21. Această inductanță mutuală este adevărată, indiferent de mărimea, numărul de spire, poziția relativă sau orientarea celor două bobine. Din acest motiv, putem scrie inductivitatea mutuală între cele două bobine ca: M12 = M21 = M.

Deci, vedem că autoinductanța caracterizează un inductor ca un singur element de circuit, în timp ce inductanța mutuală înseamnă o formă de cuplare magnetică între două inductoare sau bobine, depinzând de distanța și aranjamentul lor. Ne amintim că autoinductanța fiecărei bobine individuale este dată de:

Prin multiplicarea încrucișată a celor două ecuații de mai sus, inductanța mutuală M care există între cele două bobine poate fi exprimată în termeni de auto-inductanță a fiecărei bobine.

dându-ne o expresie finală și mai comună pentru inductanța mutuală dintre cele două bobine:

Inductanța mutuală între bobine

Dar, ecuația de mai sus presupune zero scurgeri de flux și 100% cuplaj magnetic între cele două bobine, L1 și L2. În realitate, va exista întotdeauna o pierdere din cauza scurgerilor și poziției, astfel încât cuplarea magnetică dintre cele două bobine nu poate atinge sau depăși niciodată 100%, dar poate deveni foarte apropiată de această valoare în anumite bobine inductive speciale.

Dacă o parte din fluxul magnetic total se leagă cu cele două bobine, această cantitate de legare de flux poate fi definită ca o fracțiune din întreaga legătură posibilă a fluxului dintre bobine. Această valoare fracționată se numește coeficient de cuplare și este dat de litera k.

Coeficient de cuplare

În general, cantitatea de cuplare inductivă care există între cele două bobine este exprimată ca un număr fracțional între 0 și 1 în loc de o valoare procentuală (%), unde 0 indică cuplarea neinductivă sau zero și 1 indică cuplarea inductivă completă sau maximă.

Cu alte cuvinte, dacă k = 1 cele două bobine sunt perfect cuplate, dacă k > 0,5 cele două bobine sunt considerate a fi cuplate strâns și dacă k < 0,5 cele două bobine sunt considerate a fi cuplate slab. Atunci, ecuația de mai sus, care presupune o cuplare perfectă, poate fi modificată pentru a ține cont de acest coeficient de cuplare k și este dată de:

Factor de cuplare între bobine

Când coeficientul de cuplare k este egal cu 1, astfel încât toate liniile fluxului unei bobine să taie toate spirele celei de-a doua bobine, adică cele două bobine sunt strâns cuplate împreună, inductanța mutuală rezultantă va fi egală cu media geometrică a celor două inductanțe individuale ale bobinelor.

De asemenea, atunci când inductanțele celor două bobine sunt aceleași și egale, L1 este egal cu L2, inductanța mutuală care există între cele două bobine va fi egală cu valoarea unei singure bobine deoarece rădăcina pătrată a două valori egale este aceeași ca o singură valoare așa cum este arătat.

Inductanța mutuală. Exemplul nr. 1

Două inductoare ale căror auto-inductanțe sunt date ca 75 mH și, respectiv, 55 mH sunt poziționate unul lângă celălalt pe un miez magnetic comun astfel încât 75% din liniile fluxului din prima bobină să taie a doua bobină. Calculați întreaga inductanță mutuală care există între cele două bobine.

Inductanța mutuală. Exemplul nr. 2

Atunci când două bobine cu inductanțe de 5 H și, respectiv, 4 H au fost înfășurate uniform pe un miez nemagnetic, s-a constatat că inductanța mutuală a fost de 1,5 H. Calculați coeficientul de cuplare care există între.

În următorul tutorial despre Inductori, ne uităm la conectarea impreună a Inductorilor în serie și a efectului pe care această combinație îl are asupra inductanței mutuale ale circuitelor, inductanța totală și tensiunile induse de ele.