你有没有注意到，在一个快乐而热情的朋友身边，你也会感到非常快乐？您可以以类似的方式看待互感：当电路中的电流通过时，感应电流会在附近的电路中产生。互感系数用于测量电流感应效应变化的量级。在本文中，我们将讨论使用模拟计算来估计不同线圈中的互感。
互感和感应电流
当随时间变化的电流流过电路（电路称为主电路或主线圈）时，就会产生一个变化的磁场。磁场随时间变化，并在附近的另一个线圈（称为次线圈）中诱导电流。这种效应被称为互感。互感原理应用于变压器、电机、发电机等设备，因此互感对这些设备的运行非常重要。
你可能经常想知道初级线圈中的电流需要在次级线圈中产生特定的电压。为了回答这个问题，你可以计算一个线圈中电流的变化对另一个线圈的影响。计算互感也可以避免设备损坏，因为互感会导致导体之间不必要的耦合。
在计算互感时，线圈的方向、缠绕模式和两个线圈之间的位置关系非常重要。如果两个线圈非常接近，几乎所有主线圈产生的磁通量都会与次线圈的每个匝相互作用，从而产生很大的互感。两个线圈之间的互感要小得多。如果线圈中有磁性材料，互感也会增加。
让我们通过模拟几种不同排布方式的线圈，仔细看看这些因素是如何影响互感的。
用模拟计算互感
两个单匝线圈之间的互感
在我们的单匝线圈示例中，初级电路是一个半径 100 毫米单匝线圈，次级线圈为半径 10 毫米单匝线圈。两个线圈的横截面直径为1mm，排列为同心共面，采用二维轴对称模型进行模拟。两个线圈被放置在一个无限元区域。进入主线圈的电流频率为 1 kHz、大小为 1 A。
两个单匝线圈的排布方式。
我们利用单匝线圈的特性来模拟直流线圈的布局。由于主线圈中的电流是恒定的（直流），因此不能产生变化的磁场。因此，二次线圈的磁通量不会改变，这意味着二次线圈不会诱导电压。然而，你仍然可以通过分析总磁通并将其与分析结果进行比较来计算互感。然后将模型模拟为交流状态，计算二次线圈中产生的感应电流。
模拟结果给出了线圈的直流磁场分布和计算的互感。
图中显示了直流模型的磁通量密度。
感应电流在开路(左图)和闭路(右图)单匝线圈中。
在交流模式下，您可以分析感应电流与直流模式下的电感之间的关系。
多匝线圈和单匝线圈的互感
我们可以继续使用类似的线圈装置来模拟两个不同的变化。在这个例子中，初级电路是相同的单匝线圈，但次级线圈是20匝线圈。我们可以计算开闭电路下该模型的互感。
一级单匝线圈和二级二十匝线圈的布置。
对于这种多匝线圈示例，初级线圈利用单匝线圈的特性进行建模，作为激励线圈。二次线圈以多匝线圈的特性进行建模。在模拟二次线圈的匝数时，采用均相法。
我们分别绘制了开封电路的磁线，并计算了二次线圈两端的电压，以便利用这个物理量找出互感。
多匝线圈中的磁通量在开路(左图)和闭路(右图)。
同样布置的线圈也可以建模，以确保每个线圈的每个转弯都被清晰地建模。对于线圈组的例子，主线圈是利用单个转弯线圈的功能进行建模的。二次线圈也是利用单个转弯线圈的特性进行建模，但会增加额外的线圈组设置。该设置的功能是确保每个转弯线圈的电流相同，并计算总线圈的电压，以找到相互感知。
通过增加额外设置获得的电压，估计的互感与分析数据非常一致。
磁通线(左)和感应电流(右)线圈组。
COMSOL Multiphysics 计算各种不同排列方法的电路互感提供了一种简单的方法。想象一下将这个功能应用到自己的模拟中的可能性。
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