background image

2005-12-19 
 
© Lesław ŁADNIAK 

 

ROZWIĄZYWANIE OBWODÓW ZE SPRZĘŻENIAMI 
MAGNETYCZNYMI..............................................................................2

 

1.1

 

U

WZGLĘDNIANIE SPRZĘŻEŃ MAGNETYCZNYCH

...............................2

 

1.1.1 Cewki sprzężone magnetycznie ................................................2

 

1.1.2 Przykład. Połączenie szeregowe cewek....................................3

 

1.1.3 Przykład. Połączenie równoległe cewek ..................................4

 

1.1.4 Rozprzęganie gałęzi o wspólnym węźle....................................5

 

1.1.5 Cewki sprzężone jako źródła sterowane...................................6

 

1.2

 

R

ÓWNANIA OBWODÓW ZE SPRZĘŻENIAMI

........................................7

 

1.2.1 Metoda równań Kirchhoffa......................................................8

 

1.2.2 Przykład. Metoda potencjałów węzłowych...............................9

 

1.2.3 Przykład. Źródła sterowane w metodzie potencjałów ............10

 

1.2.4 Przykład. Mostek ze sprzężeniami..........................................11

 

1.3

 

P

RZEKAZYWANIE ENERGII PRZEZ SPRZĘŻENIE

................................12

 

 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

R

OZWIĄZYWANIE OBWODÓW ZE 

SPRZĘŻENIAMI MAGNETYCZNYMI

 

 

1.1 Uwzględnianie sprzężeń magnetycznych 

 

 Występujące w obwodach elektrycznych sprzężenia 
magnetyczne można w czasie analizy tych obwodów uwzględnić 
na kilka sposobów. 
  Podstawowy sposób polega na wyrażeniu napięć na cewkach 
sprzężonych jako sumy napięć indukcji własnej i indukcji 
wzajemnej, a następnie uwzględnieniu tych napięć w równaniach 
Kirchhoffa lub innych równaniach (równaniach prądów 
oczkowych, potencjałów węzłowych) napięć wywołanych 
sprzężeniami magnetycznymi. 
  Gdy cewki sprzężone przyłączone są do tego samego węzła to 
można taki układ cewek zastąpić obwodem równoważnym. W 
obwodach, w których działają sinusoidalnie zmienne wymuszenia 
napięcia indukcji wzajemnej można przedstawić jako sterowane 
prądem źródła napięcia. 
 

1.1.1 Cewki sprzężone magnetycznie 
 
 Napięcie na zaciskach cewki, która jest sprzężona magnetycznie 
z innymi cewkami jest postać: 
 

   

u

k

(t) = L

k

 

di

k

(t)

dt

 

+

 

 

±

  M

kl

 

di

l

(t)

dt

 

 
gdzie: 
  L

k

 jest indukcyjnością własną cewki, 

  M

kl

 jest indukcyjnością wzajemną cewki „k” z cewką ”l”

 
 W 

powyższym równaniu znak stojący przy indukcyjności 

wzajemnej zależy od rodzaju sprzężenia między rozpatrywanymi 
cewkami. Znak „+" dotyczy przypadku, gdy sprzężenie 
rozpatrywanych cewek jest zgodne, znak "

", gdy sprzężenie 

cewek jest przeciwne. 
 

 Zapisując równania wynikające z napięciowego prawa 
Kirchhoffa, kierunki napięć indukowanych w wyniku 
sprzężeń magnetycznych najwygodniej jest określać 
względem napięć samoindukcji pamiętając,  że  napięcie 
indukowane dodajemy do napięcia samoindukcji, gdy 
sprzężenie między cewkami jest zgodne
, a odejmujemy 
przy sprzężeniu przeciwnym.

 

 
 
 

i

k

L

k

+M

kl

L

l

i

l

u

ll

 

+

 

u

lk

u

kk

 

+

 

u

kl

 

Rys. 1. Cewki sprzężone zgodnie 

 
 

i

k

L

k

- M

kl

L

l

i

l

u

ll

 

-

 

u

lk

u

kk

 

-

 

u

kl

 

 

Rys. 2. Cewki sprzężone przeciwnie 

 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

1.1.2 Przykład. Połączenie szeregowe cewek 
 
  Rozpatrzmy dwie cewki nawinięte na współnym redzeniu i 
połączone tak jak pokazano na Rys. 3. Ponieważ sprzężenie 
magnetycznie cewek jest zgodnie a cewki są połaczone szeregowo 
to napięcię na zaciskach układu jest sumą napięć na 
poszczególnych cewkach: 
 

  u = u

1

 + u

2

 = R

1

 i

1

 + L

1

 

di

1

dt  + M 

di

2

dt  + R

2

 i

2

 + L

2

 

di

2

dt  + M 

di

1

dt  

 
 Ponieważ prądy obu cewek są jednakowe, to można napisać: 
 

  u = R

1

 i + (L

1

 + M) 

di
dt + R

2

 i + (L

2

 + M) 

di
dt
 

  u = (R

1

 + R

2

) i + (L

1

 + L

2

 + 2M) 

di
dt
 

 
 Indukcyjność zastępcza układu szeregowo połączonych cewek 
sprzężonych magnetycznie zgodnie wynosi: 
 
  L

z

 = L

1

 + L

2

 + 2M 

 
 Jeżeli szeregowo połaczone cewki są sprzężone ujemnie, to 
napięcie na zaciskach układu jest opisane równaiem: 
 

  u = (R

1

 + R

2

) i + (L

1

 + L

2

 - 2M) 

di
dt 

 
 Indukcyjność zastępcza układu szeregowo połączonych cewek 
sprzężonych magnetycznie przeciwnie jest mniesza i wynosi: 
 
  L

z

 = L

1

 + L

2

 + 2M 

 
 Korzystając z pojecia indukcyjności zastępczej na Rys. 5 oraz 
Rys. 

6 przedstawiono obwody równoważne układu cewk 

połaczonych szeregowo, gdy sprzężenie jest zgodne oraz 
przeciwne. 
 
  W zapisie symbolicznym powyższe równania przyjmują postać: 
 
   U = (R

1

 + R

2

 + j

ω

(L

1

 + L

2

)) I + 2j

ω

M I 

 
  U = (R

1

 + R

2

 + j

ω

(L

1

 + L

2

 + 2M)) I 

 
  Wypadkowa impedancja układu wynosi: 
 
  Z = R

1

 + R

2

 + j

ω

(L

1

 + L

2

 + 2M) 

 

 W tym przypadku impedancja 
wypadkowa układu jest mniejsza i wynosi: 
 
  Z = R

1

 + R

2

 + j

ω

(L

1

 + L

2

 - 2M) 

 
 Wykorzystując ten fakt łatwo można 
sprawdzić jakie jest sprzężenie magnetyczne 
dwóch cewek połaczonych szeregowo. 
 

 

Rys. 3. Cewki połaczone szeregowo 

 

 

Rys. 4. Schemta układu 

 

L

1

L

2

i

M

 

 

 

Rys. 5. Indukcyjność zastępcza układu cewek 

sprzężonych zgodnie 

 

L

1

L

2

i

M

 

 

 

Rys. 6. Indukcyjność zastępcza układu cewek 

sprzężonych przeciwnie 

 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

1.1.3 Przykład. Połączenie równoległe cewek 
 
  Rozpatrzmy cewki nawinięte na współnym redzeniu i 
połaczone tak jak pokazano na Rys. 7. Ponieważ cewki są zgodnie 
sprzężone magnetycznie i połaczone równolegle, to do dalszych 
rozważań należy przyjąć przedstawiony na Rys. 8 schemat układu.  
 

  u

1

 = R

1

 i

1

 + L

1

 

di

1

dt  + M 

di

2

dt   

 

  u

2

 = R

2

 i

2

 + L

2

 

di

2

dt  + M 

di

1

dt   

 
W zapisie symbolicznym: 
 
  U

1

 = R

1

 I

1

 + j

ω

L

1

 I

1

 + j

ω

M I

2

 

 
  U

2

 = R

2

 I

2

 + j

ω

L

2

 I

2

 + j

ω

M I

1

 

 
gdzie: 
 

ω

L

1

ω

L

2

 - reaktancje własne gałęzi, 

  X

M

 = 

ω

M - reaktancja wzajemna gałęzi. 

 
  W celu wyznaczenia wypadkowej impedancji układu należy 
rozwiązac następujący układ równań: 
 
  U = Z

1

 I

1

 + Z

M

 I

2

 

 
  U = Z

M

 I

1

 + Z

2

 I

2

 

 

 

2

1

2

1

Z

Z

Z

Z

Z

U

Z

U

I

M

M

M

=

     

2

1

2

2

Z

Z

Z

Z

U

Z

U

Z

I

M

M

M

=

 

 

  I

1

 = 

Z

2

 - Z

M

Z

1

Z

2

 - Z

M

2

 U      I

2

 = 

Z

1

 - Z

M

Z

1

Z

2

 - Z

M

2

 U 

 
  Wypadkowa impedancja układu przy dodatnim sprzeżeniu 
równolegle połaczonych cewek wynosi: 
 

  Z = 

U

I

1

 + I

2

 = 

U

Z

1

 + Z

2

 - 2Z

M

Z

1

Z

2

 - Z

M

2

 U

 = 

Z

1

Z

2

 - Z

M

2

Z

1

 + Z

2

 - 2Z

M

 

 

 
 
 

 

Rys. 7. Cewki połaczone równolegle 

 

 

Rys. 8. Schemat układu 

 
 

W przypadku cewek ujemnie 

sprzężonych magnetycznie należy w 
powyższych równaniach zmienić znak 
impedancji wazjemnej: 
 
  Z

M

 = - Z

 
  Wypadkowa impedancja układu jest w 
tym przypadku mniejsza i wynosi: 
 

  Z = 

Z

1

Z

2

 - Z

M

2

Z

1

 + Z

2

 + 2Z

M

 

 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

1.1.4 Rozprzęganie gałęzi o wspólnym węźle 
 
  Rozpatrzy fragment obwodu przedstawiony na Rys. 9, w 
którym do wspólnego węzła dołączone są trzy gałęzie. Dwie z tych 
trzech gałęzi są sprzężone magnetycznie. 
 
 Jeżeli do węzła 3 dołączona jest gałąź przez którą płynie prąd, 
to napięcia między poszczególnymi węzłami są opisane 
równaniami: 
 

    u

12

 = L

1

 

di

1

dt  + M 

di

2

dt  + L

2

 

di

2

dt  + M 

di

1

dt  

    u

13

 = L

1

 

di

1

dt  + M 

di

2

dt  

    u

32

 = L

2

 

di

2

dt  + M 

di

1

dt  

 
Ponieważ    i

1

 = i

2

 + i

3

 oraz i

2

 = i

1

 

 i

3

 to 

 

    u

12

 = L

1

 

di

1

dt  + M 

d(i

1

 - i

3

)

dt

 + L

2

 

d(i

1

 - i

3

)

dt

 + M 

di

1

dt  

    u

13

 = L

1

 

di

1

dt  + M 

d(i

1

 - i

3

)

dt

 

    u

32

 = L

2

 

di

2

dt  + M 

d(i

2

 - i

3

)

dt

 

 
czyli 
 

    u

12

 = (L

1

 + M) 

di

1

dt  - 2M 

di

1

dt  + (L

1

 + M) 

di

2

dt  -2M 

di

2

dt  

    u

13

 = (L

1

+ M) 

di

1

dt  - M 

di

3

dt  

    u

32

 = (L

2

 + M) 

di

2

dt  - M

di

3

dt  

 
  Na Rys. 10 oraz Rys. 11 przedstawiono obwody równoważne, 
gdy sprzężenie jest zgodne oraz przeciwne. 
 

i

1

L

1

+M

L

2

i

2

i

3

1

2

u

22

 

+

 

u

21

u

11

 

+

 

u

12

3

 

Rys. 9. Gałęzie sprzężone posiadające wspólny 

węzeł 

 

i

1

L

1

+M

L

2

i

2

i

3

1

2

3

i

1

L

- M

+M

i

2

i

3

1

2

3

L

- M

 

Rys. 10. 

Rozprzęganie gałęzi sprzężonych 

zgodnie 

 

i

1

L

1

-M

L

2

i

2

i

3

1

2

3

i

1

L

+ M

-M

i

2

i

3

1

2

3

L

+ M

 

Rys. 11. 

Rozprzęganie gałęzi sprzężonych 

przeciwnie 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

 

1.1.5 Cewki sprzężone jako źródła sterowane 
 
 W 

przypadku, 

gdy w obwodzie występują sinusoidalnie 

zmieniające się wymuszenia, to postać równań opisujących 
napięcie na zaciskach gałęzi sprzężonej jest następująca: 
 
  U

k

 = (R

k

 + j

ω

L

k

) I

k

 

±

 j

ω

M

kl

 I

l

 

 
 Występujące w równaniach dla gałęzi sprzężonych czynniki 
typu  j

ω

M I można traktować jak źródła napięciowe sterowane 

prądowo. Włączając do sprzężonych gałęzi rozpatrywanego 
obwodu takie źródła eliminujemy sprzężenia magnetyczne. 
 

 Jeżeli sprzężenie magnetyczne cewek jest zgodne, to 
kierunek siły elektromotorycznej sterowanego źródła napięcia 
jest taki sam, jak napięcia indukcji własnej wywołanego 
przepływem prądu w rozpatrywanej gałęzi (Rys. 12). 

 

 Jeżeli sprzężenie magnetyczne cewek jest przeciwne, to 
kierunek siły elektromotorycznej sterowanego źródła napięcia 
jest skierowane przeciwnie do napięcia indukcji własnej 
wywołanego przepływem prądu w rozpatrywanej gałęzi 
(Rys. 13) 

 

 

u

2

i

1

L

1

+ M

u

1

L

2

i

2

 

U

2

I

1

I

2

L

1

U

1

j

ωMI

2

L

2

j

ωMI

1

 

Rys. 12. 

Sprzężenie zgodne 

 

u

2

i

1

L

1

- M

u

1

L

2

i

2

 

U

2

I

1

I

2

L

1

U

1

j

ωMI

2

L

2

j

ωMI

1

 

Rys. 13. 

Sprzężenie przeciwne 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

 

1.2 Równania obwodów ze sprzężeniami 

 
 Przystępując do rozwiązywania obwodów ze sprzężeniami 
magnetycznymi należy przejść do obwodów równoważnych bez 
sprzężeń magnetycznych. 
 
  Zasady tworzenia układów równoważnych bez sprzężeń 
przedstawiono na Rys. 5, Rys. 6, Błąd! Nie można odnaleźć 
źródła odwołania.
,  Błąd! Nie można odnaleźć  źródła 
odwołania.

 
  Rozpatrzmy obwód przedstawiony na Rys. 14, w którym 
cewkami są sprzężone magnetycznie. Dla rozpatrywanego obwodu 
równania Kirchhoffa przyjmują postać: 
 

    R

1

 

i

1

+L

di

1

dt  - M

  

di

2

dt  + R

3

 

i

3

 = e(t) 

 

    R

3

 

i

3

 +

 

L

di

2

dt  - M 

 

di

1

dt  - R

2

  

i

2

 = 0 

 
    i

1

 = i

2

 + i

3

 

 

R

3

e(t)

R

2

R

1

i

1

L

1

L

2

i

2

i

3

M

 

Rys. 14. 

Obwód ze sprzężeniem magnetycznym 

 
  Na Rys. 15 przedstawiono schemat zastępczy obwodu z Rys. 14 
po eliminacji sprzężenia magnetycznego między cewkami L

1

 i L

2

e(t)

R

2

R

1

i

1

i

2

L

+ M

L

+ M

R

3

i

3

- M

 

Rys. 15. 

Schemat obwodu po eliminacji sprzężeń 

 

 Jeżeli działająca w obwodzie siła 
elektromotoryczna  e(t) jest sinusoidalnie 
zmienna, to równania dla obwodu 
przedstawionego na Rys. 

14 przyjmują 

postać: 
 
  (R

1

 

+

 

j

ω

L

1

)

 

I

1

 - j

ω

M

 

I

2

 + R

3

 

I

3

 = E 

 
    R

3

 

I

3

 - (R

2

 

+

 

j

ω

L

2

)

 

I

2

 - j

ω

M

 

I

1

 = 0 

 
    I

1

 = I

2

 + I

3

 

 
 Zastępując napięcia indukcji wzajemnej 
występujące w cewkach L

1

 i L

2

 sterowanymi 

źródłami napięcia otrzymujemy schemat 
obwodu przedstawiony na Rys. 16. 
 

R

3

E

R

2

R

1

I

1

L

1

L

2

I

2

I

3

j

ωMI

1

j

ωMI

2

 

Rys. 16. 

Schemat obwodu po eliminacji 

sprzężeń magnetycznych 

 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

 

1.2.1 Metoda równań Kirchhoffa 
 
  Na Rys. 

17 przedstawiono obwód w którym występują 

sprzężenia magnetyczne. Napiszmy równania wynikające z praw 
Kirchhoffa dla rozpatrywanego obwodu. 
 
 Zgodnie 

napięciowym prawem Kirchhoffa równania dla 

oczka I oraz II przyjmują postać: 
 

 (R

1

i

1

 

+

 

L

1

di

1

dt

 

 

M

12

di

2

dt

 

+

 

M

13

di

3

dt )

 

+

 

(R

3

i

3

 

+

 

L

3

di

3

dt

 

+

 

M

13

di

1

dt

 

+

 

M

23

di

2

dt

 

=

 

e

1

 

 

 (R

2

i

2

 

+

 

L

2

di

2

dt

 

 

M

12

di

1

dt

 

+

 

M

23

di

3

dt )

 

-

 

(R

3

i

3

 

+

 

L

3

di

3

dt

 

+

 

M

13

di

1

dt

 

+

 

M

23

di

2

dt

 

=

 

-

 

e

2

 

 
 Korzystając z prądowego prawa Kirchhoffa otrzymujemy: 
 
  i

1

 = i

2

 + i

3

 

 
  Dla przebiegów sinusoidalnych równania powyższe przyjmują 
postać: 
 
  Z

1

I

1

 - Z

M12

I

2

 + Z

M13

I

3

 + Z

3

I

3

 + Z

M13

I

1

 + Z

M23

I

2

 = E

1

 

 
  Z

2

I

2

 - Z

M12

I

1

 + Z

M23

I

3

 - Z

3

I

3

 + Z

M13

I

1

 + Z

M23

I

2

 = - E

2

 

 
  I

1

 = I

2

 + I

3

 

 
  Jak wynika z przedstawionych równań napięcie w gałęzi 
pierwszej jest w tym przypadku liniową kombinacją prądów we 
wszystkich gałęziach ropztrywanego obwodu: 
 
  U

1

 = Z

1

I

1

 - Z

M12

I

2

 + Z

M13

I

3

 - E

1

 

     

sprzężenie  

sprzężenie 

   ujemne  dodatnie

 

 

 
 

i

1

I

1

R

1

L

1

L

2

R

2

e

2

E

2

i

2

I

2

L

3

R

3

*

*

M

13

M

23

M

12

I

II

e

1

E

1

i

3

  I

3

 

Rys. 17. 

Obwód ze sprzężeniami 

magnetycznymi 

 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

 

1.2.2 Przykład. Metoda potencjałów węzłowych 
 
Dla gałęzi ze sprzężeniami: 
 
  V

2

 – V

1

 = Z

3

 I

3

 + Z

M

 I

 
  V

3

 – 0 = Z

5

 I

5

 + Z

M

 I

 
Równania dla metody potencjałów węzłowych: 
 

  (

1

Z

1

 + 

1

Z

2

) V

1

 - 

1

Z

2

 V

3

 = 

1

Z

1

 E

1

 + I

 

  (

1

Z

4

 + 

1

Z

6

) V

2

 - 

1

Z

4

 V

4

 = 

1

Z

6

 E

6

 - I

 

  (

1

Z

2

 + 

1

Z

4

) V

3

 - 

1

Z

2

 V

1

 - 

1

Z

4

 V

2

 = - I

 
  Do dyspozycji mamy pięć równań, w których niewiadomymi są 
trzy wartości potencjałów oraz dwa prądy. 
 

 

Z

1

Z

2

Z

5

Z

3

Z

4

Z

6

E

6

*

Z

35

=j

ωM

35

=Z

M

*

 

 

Z

1

Z

2

Z

4

E

1

E

6

Z

6

V

1

V

2

V

3

I

5

I

3

 

Rys. 18. 

 

 

background image

 

10 

© Lesław ŁADNIAK 

 

 

1.2.3 Przykład. Źródła sterowane w metodzie 
potencjałów 
 
Admitancje poszczególnych gałęzi obwodu wynoszą: 
 

  Y

0

 = 

1

R

0

    Y

1

 = 

1

R

1

+jX

1

 

  Y

2

 = 

1

R

2

+j(X

L2

 - X

C2

  Y

3R

 = 

1

R

3

    Y

3C

 = 

1

- jX

3C

 

  Y

4

 = 

1

R

4

+jX

4

 

 
 Przyjęto,  że kierunki prądów  I

1

, I

2

  płynących prze cewki 

sprzężone są takie jak zaznaczono na rys. 1. 
 
 Istniejące w obwodzie sprzężenia można zastąpić sterowanymi 
źródłami napięcia, co pokazano na rys. 2. 
 
  Równanie dla węzła pierwszego, o potencjale V

1

 
[Y

1

 + Y

0

 + Y

2

]V

1

 – Y

1

 V

2

 – Y

2

 V

3

 = - jX

12

 Y

1

 I

2

 + Y

0

 E

0

 – jX

12

 Y

2

 I

1

 

 
  Analogicznie równania dla pozostałych dwóch niezależnych 
węzłów V

2

,oraz V

3

 
 [Y

1

 + Y

3R

 + Y

4

]V

2

 – Y

1

 V

1

 – Y

4

 V

3

 = jX

12

 Y

1

 I

2

  

 
 [Y

1

 + Y

3C

 + Y

4

]V

3

 – Y

2

 V

1

 – Y

4

 V

2

 = jX

12

 Y

2

 I

1

 

 
  Liczba niewiadomych wzrosła do pięciu  V

1

, V

2

, V

3

, I

1

, I

2

Brakujące dwa równania mają postać równań Ohma - dla gałęzi 
sprzężonych magnetycznie: 
 
  I

1

 = Y

1

 (V

2

 - V

1

 - jX

12

 I

2

 
  I

2

 = Y

2

 (V

3

 - V

1

 - jX

12

 I

2

 
 Z 

pięciu równań oblicza się pięć niewiadomych. Pozostałe 

prądy oblicza się w znany sposób. 
 
Uwaga: 
 Można przyjąć zasadę,  że  źródła sterowane strzałkujemy 
przeciw prądom. 
 Przy 

sprzężeniu dodatnim: E

kM

 = jX

kl

 I

l

 

 Przy 

sprzężeniu ujemnym: E

kM

 = -jX

kl

 I

l

 

 

 
 
 

R

1

R

0

R

2

R

3

R

4

I

1

I

2

M

12

C

2

C

3

L

1

L

2

L

4

e

0

Rys. 1 

R

4

jX

L4

R

3

jX

L1

R

1

R

0

R

2

I

2

I

1

jX

12 

I

2

V

1

-jX

C2

jX

12 

I

1

V

3

-jX

C3

jX

L2

E

0

 

Rys. 2 

 

background image

 

11 

© Lesław ŁADNIAK 

 

1.2.4 Przykład. Mostek ze sprzężeniami 
 
 Wyznaczyć warunek równowagi mostka przedstawionego na 
Rys. 19. 
 
  W warunkach równowagi mostka: 
 
  I

g

 = 0    gdy   V

1

 - V

= 0 

 
  Z porównania napięć i prądów(przy zerowym prądzie 
galwanometru): 
 
  U

1

 = U

3

;   U

2

 = U

4

;   I

2

 = I

1

;   I

4

 = I

3

 

 
  R

1

 I

1

 = (R

3

 + j

ω

L

3

) I

3

 - j

ω

M I

1

 

 
  R

4

 I

3

 = (R

2

 + j

ω

L

2

) I

1

 - j

ω

M I

3

 

 

 

(R

1

 + j

ω

M) I

1

 = (R

3

 + j

ω

L

3

) I

 

 

(R

4

 + j

ω

M) I

3

 = (R

2

 + j

ω

L

2

) I

 
czyli 
 
 (R

1

 + j

ω

M) (R

4

 + j

ω

M) = (R

3

 + j

ω

L

3

) (R

2

 + j

ω

L

2

 
 Po uporządkowaniu i porównaniu części rzeczywistych i 
urojonych otrzymujemy następujące warunki równowagi: 
 
 

ω

2

(L

2

 L

3

 - M

2

) = R

2

 R

3

 - R

1

 R

4

 

 
 (R

1

 + R

4

) M. = R

3

 L

2

 + R

2

 L

3

 

 
  Z drugiego równania można obliczyć dowolną wielkość przy 
założeniu,  że pozostałe są znane. Z pierwszego równania można 
pulsację 

ω

 
 Mostek 

równoważy się wstępnie przy prądzie stałym 

 
  R

2

 R

3

 = R

1

 R

4

 
a następnie przy prądzie sinusoidalnie zmiennym regulując jednym 
z parametrów L

1

L

2

 lub M

 

 

G

I

1

R

1

V

1

V

2

R

2

L

2

*

R

4

L

3

R

3

I

3

*

I

g

 

Rys. 19. 

Mostek 

 

background image

 

12 

© Lesław ŁADNIAK 

 

 

1.3 Przekazywanie energii przez sprzężenie  

 
  Na Rys. 20 przestawiono dwie gałęzie sprzężone magnetycznie, 
w których płyną prądy sinusoidalnie zmienne. 
 

u

2

i

1

L

1

M

* *

u

1

L

2

i

2

W

W

P

w1

P

w2

 

Rys. 20. 

Gałęzie sprzężone magnetycznie 

 
  W wyniku sprzężenia magnetycznego, przepływ prądu w gałęzi 
pierwszej  I

2

 powoduje wyidukowanie się napięcia  U

1M

 w gałęzi 

drugiej. Odpowiednio prąd I

1

 wywołuje napięcie U

2M

 
  U

1M

 = 

±

 j

ω

M I

2

 

  U

2M

 = 

±

 j

ω

M I

1

 

 
 Moc 

pozorna 

S

M

 przekazywana między gałęziami poprzez 

sprzężenie magnetyczne jest iloczynem napięcia wyidukowanego 
w rozpatrywanej gałęzi oraz od prądu płynącego w rozpatrywanej 
gałęzi: 
 
  S

M1

 = U

1M

 I

1

*

 

 

  S

M2

 = U

2M

 I

2

*

 

 

 

Przy sprzężeniu dodatnim, napięcie wywołane przepływem prądu 
w gałęzi sprzężonej jest równe: 
 
  U

1M

  = j

ω

M I

2

 

  
Natomiast przy sprzężeniu ujemnym 
 
  U

1M

  = - j

ω

M I

2

 

  
W rozpatrywanym przypadku występuje sprzężenie dodatnie, więc 
 
  S

M1

 = (j

ω

MI

2

) I

1

*

 = e

 j

π

/2

ω

M I

2

 e

j

ψ

2

 I

1

 e

-

 

j

ψ

1

 

 
  S

M1

 = 

ω

M I

2

 I

1

 e

 j(

π

/2 + 

ψ

2 - 

ψ

1)

 

 

Ponieważ 
 
  

j

α

 = cos

α

 + j sin

α

  

 
to moc czynna przekazywana przez 
sprężenie wynosi: 
 

  P

M1

 

=

 

Re{S

M1

}

 

=

 

ω

M

 

I

2

 

I

1

 cos(

 

π

2

 

+

 

ψ

2

 

-

 

ψ

 
 Ostateczna 

postać równania opisującego 

ilość mocy czynnej przekazywanej przez 
sprzężenie magnetyczne jest następująca: 
 
  P

M1

 = 

ω

M I

2

 I

1

 sin(

ψ

2

 - 

ψ

1

 
Wniosek: 
 Gdy przesunięcie fazowe między 
prądami w 

sprzężonych magnetycznie 

gałęziach spełnia warunek: 
 
  0 < 

ψ

2

  - 

ψ

1

 < 

π

 

 
to moc czynna P

M1

 jest dodatnia, czyli 

energia jest przekazywana z gałęzi drugiej 
do pierwszej. 
 

 Przy sprzężeniu dodatnim energię 
przekazuje ta gałąź, której prąd 
wyprzedza w fazie przebieg drugiego 
prądu. 

 
Dla drugiej gałęzi możemy napisać, że 
 
  S

M2

 = 

ω

M I

1

 I

2

 e

 j(

π

/2 + 

ψ

1 - 

ψ

2)

 

 
czyli  
 
  P

M2

 = 

ω

 M I

1

 I

2

 sin(

ψ

1

 - 

ψ

2

) = 

  = 

ω

 M I

1

 I

2

 sin(

ψ

2

 - 

ψ

1

) = - P

M1

 

 

Wniosek:  
 Energia 

jaką pobiera z sieci gałąź 

pierwsza w 

wyniku sprzężenia 

magnetycznego jest oddawana do sieci 
przez gałąź drugą.