當兩個或多個電感器通過電磁感應連接時，它們就耦合在一起。當交流電流過線圈時，會產生從個線圈傳遞到第二個線圈的磁場，并在該線圈中感應出電壓。這就是互感（或互感）現(xiàn)象。耦合線圈可以作為變壓器仿真的基本模型。制作變壓器時，建議指定電感器的電感值而不是匝數(shù)比。在 LTspice 中，您可以通過按鍵盤上的“L”鍵在電路圖中放置電感器。在其屬性中還可以決定是否顯示其電流的相位點，如圖1所示。該元件的主要參數(shù)是其電感量，單位為H（亨利）、mH、uH 、nH 等
　　電感;
　　峰值電流；
　　串聯(lián)電阻；
　　并聯(lián)電阻；
　　并聯(lián)電容。

　　

　　圖 1：在 LTspice 中放置一個電感器
　　如果不設置互感會發(fā)生什么
　　如果沒有指定互感，兩個電感器即使設計得非常接近，也不會相互影響，如圖 2 所示。
　　該方案有以下要素：
　　2023年11月30日
　　V1：230 VRMS（325 V0p）正弦交流電壓發(fā)生器；
　　L1：15毫亨電感；
　　L2：5毫亨電感；
　　R1：50歐姆負載電阻。
　　盡管兩個電感器被設計為彼此靠近，但模擬器認為它們是獨立的并且不相互耦合。有必要明確指定它們的耦合比，如下一段所示。雖然電感器 L1 上施加了高壓信號，但電感器 L2 上沒有任何依賴信號的痕跡，其電位為 0 V。

　

　　圖 2：通常情況下，兩個電感器不會相互影響，即使它們靠得很近。
　　互感
　　在 LTspice 中，指定兩個或多個電感器之間的互感非常簡單。必須遵守以下規(guī)則：
　　指定互感指令（K）；
　　指定要進行電感耦合的電感器的名稱；
　　指定耦合系數(shù)，該系數(shù)必須介于 -1 和 1 之間。
　　只有滿足這三個條件，電感器才能相互影響，即使它們在電氣圖上畫得很遠。對之前方案的修改非常簡單，添加以下指令就足夠了：
　　K L1 L2 1
　　它指定兩個電感器之間的互感系數(shù)。在具體情況下，互感系數(shù)等于1，即兩個電感完美耦合且同相。指定參數(shù)如下：
　　“K”：是實際指令；
　　“L1”：是涉及的個電感器的名稱；
　　“L2”：是涉及的第二個電感器的名稱；
　　“1”：為互感系數(shù)。

　　添加“K”指令可以自動顯示電感器中的相位點，如圖 3 所示，以及相應的信號圖?，F(xiàn)在，可以從第二電感器L2感應地獲取由電感器L1傳輸?shù)恼倚盘?。電氣圖上的位置并不相關，因此也可以將電感器彼此之間的距離畫出。有時，需要提供與電感L1串聯(lián)的電阻值，因為可能會發(fā)生與發(fā)電機的關鍵并聯(lián)和短路。

　　圖 3：兩個電感器通過使用“K”指令相互耦合。
　　互感系數(shù)為 1 表明兩個電感器完美耦合。互感系數(shù)不為 1 表示兩個電感器部分耦合。圖 4 顯示了耦合系數(shù)變化時 L1 和 L2 的電壓。在模擬中，提供了系數(shù)1、0.7、0.3、0、-0.3、-0.7和-1。可以看出，對于帶有負號的系數(shù)，信號的相位是反轉的。

　　

　　圖 4：改變耦合系數(shù)的值也會改變感應傳輸?shù)念愋?br>　　使用 Ltspice 設計變壓器
　　變壓器的模擬非常簡單，請參閱圖 5 中的電氣圖。步是為變壓器的每個繞組（在本例中為初級和次級）繪制一個電感器。初級電感器的串聯(lián)電阻值為 1 毫歐。出于圖形和美觀的目的，變壓器磁芯也可以畫在兩個電感器之間的中心，并添加一兩條虛線。然后，必須使用之前已經(jīng)見過的以下“K”指令來耦合電感器：
　　K L1 L2 1

　　耦合系數(shù)為1表示不存在電感泄漏。對于實際電路，始終建議從耦合系數(shù) 1 開始，因為數(shù)學處理（尤其是在高頻下）要快得多。

　　圖5：15:1變比降壓變壓器的電氣應用圖。
　　然后，如果應用需要，可以根據(jù)電氣圖的需要進行修改。因此，有必要將這些值歸因于各個電感器，而不是變壓器的匝數(shù)比。根據(jù)以下公式，電感比與匝數(shù)比相對應：

　

　　換句話說，感應比必須設置為等于匝數(shù)比的平方。例如，對于 1:4 的比率，您可以按 1:16 的比率輸入電感值。或者，對于 9:1 的比率，您應該以 81:1 的比率輸入電感值。我們的變壓器的特性，從電壓的角度來看，必須是以下幾點：

　　類型：降壓變壓器；
　　有效值輸入電壓=230VAC；
　　所需的 RMS 輸出電壓 = 15 VAC。
　　根據(jù)該數(shù)據(jù)可以計算輸入和輸出零峰值電壓以及相關的變壓比：
　　零峰值輸入電壓 = VRMS * sqrt(2) = 325.269 V；
　　有效值輸出電壓 = VRMS * sqrt(2) = 21.213 V；
　　變壓比：N1/N2=V1/V2=15.33:1；
　　電感之間的比率：(V1/V2)^2 = 235:1
　　這意味著電感 L2 必須比電感 L1 小 235 倍。在實際中，計算匝數(shù)主要是為了變壓器必須承受的電流。這意味著變壓器輸出端的電壓始終恒定，從而保持兩個電感器之間的比率恒定。下表（理論）證實了這一規(guī)則：

　

　　新設計的變壓器的NETLIST如下：
　　 Giovanni Di Maria 的 Trasformer (LTspice)
　　L1 輸入 N001 47000 Rser=1m
　　L2 輸出 0 200
　　V1 輸入 N001 SINE(0 325 50)
　　R1 輸出 0 50
　　.tran 100m
　　K L1 L2 1
　　.backanno.end
　　與 ngspice 相同的變壓器項目

　　ngspice 的電路源實際上與 LTspice 的電路源相同。由于軟件不管理“Rser”參數(shù)，因此在主電路中串聯(lián)了一個 1 毫歐電阻。源碼如下圖所示：

　　 Giovanni Di Maria (ngspice) 的 Trasformer
　　L1 輸入 N002 47000
　　L2 輸出 0 200
　　V1 輸入 N001 SINE(0 325 50)
　　R1 輸出 0 50
　　R2 N002 N001 0.001
　　K L1 L2 1
　　.control
　　tran 100u 200m
　　圖 v(輸入),v （輸出）
　　.endc
　　.end

　　通過運行腳本，ngspice 軟件計算變壓器的行為。在圖 6 中，可以在時域中觀察“輸入”和“輸出”節(jié)點上的電壓圖。

　　圖 6：變壓器“輸入”和“輸出”節(jié)點的電壓圖，由 ngspice 生成。
　　圖 6：使用 ngspice 生成的變壓器“輸入”和“輸出”節(jié)點電壓圖
　　通常需要電感耦合許多電感器，例如在中心配備抽頭的變壓器或更復雜的變壓器（其中有許多電繞組）的情況下。在這些情況下，可以通過兩種可能的不同方式使用“K”指令。個在一行中提供了耦合的聲明：
　　K1 L1 L2 L3 L4 1
　　第二種方法與種方法完全等效，提供了六個不同且獨立的聲明，每個繞組一個聲明，兩個兩個地開發(fā)所有可能的組合：
　　K1 L1 L2 1
　　K2 L1 L3 1
　　K3 L1 L4 1
　　K4 L2 L3 1
　　K5 L2 L4 1
　　K6 L3 L4 1
　　結論
　　變壓器和耦合電感器是許多電源設計中不可或缺的組件，例如包含各種類型轉換器的開關穩(wěn)壓器。通常。的方法是為變壓器的每個繞組定義一個單獨的電感器，通過強大的“K”指令，通過單個互感指令將它們全部磁耦合在一起。