Điện cảm là gì

0
26

Điện cảm là tên được đặt cho thuộc tính của một thành phần chống lại sự thay đổi của dòng điện chạy qua nó và ngay cả một đoạn dây dẫn thẳng cũng sẽ có một số điện cảm.

Các cuộn cảm thực hiện điều này bằng cách tạo ra một emf(sức điện động) tự cảm ứng bên trong nó do từ trường thay đổi của chúng. Trong một mạch điện, khi emf được cảm ứng trong cùng một mạch mà dòng điện đang thay đổi hiệu ứng này được gọi là Tự cảm , (L) nhưng đôi khi nó thường được gọi là phản sức điện động(back emf) vì cực của nó ngược hướng với điện áp đặt.

Khi emf được cảm ứng vào một thành phần lân cận nằm trong cùng một từ trường, emf được cho là gây ra bởi Sự hỗ cảm (cảm ứng lẫn nhau), ( M ) và Sự hỗ cảm là nguyên tắc hoạt động cơ bản của máy biến áp, động cơ, rơ le, v.v. Tự cảm là một trường hợp đặc biệt của hiện tượng tự cảm lẫn nhau, và bởi vì nó được tạo ra trong một mạch cô lập duy nhất nên chúng ta thường gọi là hiện tượng tự cảm một cách đơn giản, Cảm kháng .

Đơn vị đo lường cơ bản của điện cảm được gọi là Henry , ( H ) sau Joseph Henry, nhưng nó cũng có đơn vị  Webers trên Ampe (  1 H = 1 Wb / A  ).

Định luật Lenz cho chúng ta biết rằng một emf cảm ứng tạo ra dòng điện theo hướng chống lại sự thay đổi từ thông gây ra emf ngay từ đầu, nguyên nhân chính của hành động và phản ứng. Sau đó, chúng ta có thể định nghĩa chính xác Độ tự cảm là: “một cuộn dây sẽ có giá trị độ tự cảm bằng một Henry khi một emf của một vôn được tạo ra trong cuộn dây khi dòng điện chạy qua cuộn dây nói trên thay đổi với tốc độ một ampe / giây” .

Nói cách khác, một cuộn dây có độ tự cảm ( L ) bằng một Henry, ( 1H ) khi dòng điện chạy qua cuộn dây thay đổi với tốc độ một ampe / giây, ( A / s ). Sự thay đổi này tạo ra một điện áp một vôn, ( L ) trong đó. Do đó, biểu diễn toán học của tốc độ thay đổi dòng điện qua cuộn dây quấn trên một đơn vị thời gian được cho là:

ctee Điện cảm là gì

Trong đó: di là sự thay đổi của cường độ dòng điện tính bằng Ampe và dt là thời gian để dòng điện này thay đổi tính bằng giây. Khi đó điện áp gây ra trong cuộn dây, ( L ) với độ tự cảm L Henries do sự thay đổi dòng điện này được biểu thị là:

ct4443 Điện cảm là gì

Lưu ý rằng dấu âm chỉ ra rằng điện áp cảm ứng chống lại sự thay đổi của dòng điện qua cuộn dây trên một đơn vị thời gian ( di / dt ).

Từ phương trình trên, độ tự cảm của cuộn dây có thể được biểu diễn như sau:

Điện cảm của cuộn dây

ct6663 Điện cảm là gì

Trong đó: L là độ tự cảm tính bằng Henries, L là hiệu điện thế trên cuộn dây và di / dt là tốc độ thay đổi dòng điện tính bằng Ampe trên giây, A / s .

Độ tự cảm , L thực chất là đại lượng đo độ “kháng” của cuộn cảm đối với sự thay đổi của dòng điện chạy qua mạch và giá trị của nó theo Henries càng lớn thì tốc độ thay đổi dòng điện càng thấp.

Chúng ta đã biết từ hướng dẫn trước về Cuộn cảm, rằng cuộn cảm là thiết bị có thể lưu trữ năng lượng của chúng dưới dạng từ trường. Cuộn cảm được tạo ra từ các vòng dây riêng lẻ kết hợp với nhau để tạo ra một cuộn dây và nếu số vòng dây trong cuộn dây tăng lên thì với cùng một lượng dòng điện chạy qua cuộn dây, từ thông cũng sẽ tăng lên.

Vì vậy, bằng cách tăng số vòng hoặc số vòng trong một cuộn dây, làm tăng độ tự cảm của cuộn dây. Khi đó mối quan hệ giữa độ tự cảm, ( L ) và số vòng dây, ( N ) và đối với một cuộn dây đơn nhiều lớp có thể được cho là:

Tự cảm của cuộn dây

Tu-cam-cua-cuon-day Điện cảm là gì
  • Ở đâu:
  •         L  là Henries
  •         N là số lượt
  •         Φ là Từ thông
  •         Ι tính   bằng Ampe

Biểu thức này cũng có thể được định nghĩa là liên kết từ thông, (NΦ) chia cho dòng điện, vì cùng một giá trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua mỗi vòng của cuộn dây. Lưu ý rằng phương trình này chỉ áp dụng cho các vật liệu từ tính tuyến tính.

Ví dụ về điện cảm No1

Một cuộn dây thuần cảm không khí rỗng gồm 500 vòng dây đồng tạo ra từ thông 10mWb khi cho dòng điện một chiều có cường độ 10 ampe chạy qua. Tính độ tự cảm của cuộn dây theo đơn vị milimet.

Vi-du-ve-dien-cam-No1 Điện cảm là gì

Ví dụ về điện cảm số 2

Tính giá trị của emf tự sinh ra ở cùng cuộn dây sau thời gian 10mS.

Vi-du-ve-dien-cam-so-2 Điện cảm là gì

Hệ số tự cảm của cuộn dây hay nói chính xác hơn, hệ số tự cảm cũng phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của nó. Ví dụ, kích thước, chiều dài, số vòng v.v … Do đó có thể có cuộn cảm có hệ số tự cảm rất cao bằng cách sử dụng lõi có độ từ thẩm cao và số lượng cuộn dây lớn. Khi đó đối với một cuộn dây, từ thông sinh ra trong lõi bên trong của nó bằng:

ct42 Điện cảm là gì

Trong đó: Φ là từ thông, B là mật độ từ thông và A là diện tích.

Nếu lõi bên trong của một cuộn dây điện từ dài với N số vòng trên mét chiều dài là rỗng, “không khí”, thì cảm ứng từ trong lõi của nó sẽ được cho là:

ct76 Điện cảm là gì

Sau đó, bằng cách thay thế các biểu thức này trong phương trình đầu tiên ở trên cho Điện cảm sẽ cho chúng ta:

ct678 Điện cảm là gì

Bằng cách loại bỏ và nhóm lại với nhau như các thuật ngữ, thì phương trình cuối cùng cho hệ số tự cảm của cuộn dây cuộn không khí (điện từ) được đưa ra là:

ct79 Điện cảm là gì
  • Ở đâu:
  •         L đo bằng Henries
  •         μ ο là Độ thấm của không gian tự do (4.π.10 -7 )
  •         N là số lượt
  •         A là Diện tích lõi bên trong (πr  2 ) tính bằng m 2
  •          là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét

Vì độ tự cảm của cuộn dây là do từ thông xung quanh nó, từ thông càng mạnh đối với một giá trị nhất định của dòng điện thì độ tự cảm càng lớn. Vì vậy, một cuộn dây gồm nhiều vòng sẽ có giá trị độ tự cảm cao hơn một cuộn chỉ có vài vòng và do đó, phương trình trên sẽ cho độ tự cảm L tỉ lệ với số vòng bình phương 2 .

EEWeb có hỗ trợ tính điện cảm cuộn dây : https://www.eeweb.com/tools/coil-inductance/?utm_source=AspenCore&utm_medium=ELECTRONICS%20TUTORIALS để tính toán độ tự cảm của cuộn dây cho các cấu hình khác nhau về kích thước và vị trí dây.

Ngoài việc tăng số vòng dây của cuộn dây, chúng ta cũng có thể tăng độ tự cảm bằng cách tăng đường kính cuộn dây hoặc làm cho lõi dài hơn. Trong cả hai trường hợp, cần nhiều dây hơn để cấu tạo cuộn dây và do đó, tồn tại nhiều dòng lực hơn để tạo ra phản sức điện động cần thiết.

Độ tự cảm của cuộn dây vẫn có thể tăng lên nữa nếu cuộn dây được quấn vào lõi sắt từ, được làm bằng vật liệu sắt mềm, hơn một cuộn dây được quấn vào lõi không sắt từ hoặc lõi không khí rỗng.

Loi-Ferrite Điện cảm là gì
Lõi Ferrite

Nếu lõi bên trong được làm bằng một số vật liệu sắt từ như sắt mềm, coban hoặc niken, độ tự cảm của cuộn dây sẽ tăng lên rất nhiều vì đối với cùng một lượng dòng điện, từ thông tạo ra sẽ mạnh hơn nhiều. Điều này là do vật liệu tập trung các đường sức mạnh hơn thông qua vật liệu lõi sắt từ mềm hơn như chúng ta đã thấy trong hướng dẫn Nam châm điện.

Vì vậy, ví dụ, nếu vật liệu lõi có độ từ thẩm tương đối lớn hơn 1000 lần so với không gian tự do, 1000μ ο như sắt hoặc thép mềm, thì độ tự cảm của cuộn dây sẽ lớn hơn 1000 lần, do đó chúng ta có thể nói rằng độ tự cảm của cuộn dây tăng tỷ lệ thuận khi độ thấm của lõi tăng lên.

Sau đó, đối với một cuộn dây quấn quanh vật liệu cũ hoặc lõi, phương trình điện cảm ở trên cần được sửa đổi để bao gồm độ từ thẩm tương đối μ r của vật liệu cũ mới.

Nếu cuộn dây được quấn vào lõi sắt từ, điện cảm lớn hơn sẽ dẫn đến độ từ thẩm của lõi sẽ thay đổi theo mật độ từ thông. Tuy nhiên, tùy thuộc vào loại vật liệu sắt từ, từ thông lõi bên trong có thể nhanh chóng đạt đến độ bão hòa tạo ra giá trị điện cảm phi tuyến tính. Vì mật độ từ thông xung quanh một cuộn dây phụ thuộc vào dòng điện chạy qua nó, độ tự cảm, L cũng trở thành một hàm của dòng điện này, i .

Trong hướng dẫn tiếp theo về cuộn cảm, chúng ta sẽ thấy rằng từ trường được tạo ra bởi một cuộn dây có thể gây ra dòng điện chạy trong cuộn dây thứ hai được đặt bên cạnh nó. Hiệu ứng này được gọi là Điện cảm tương hỗ, và là nguyên tắc hoạt động cơ bản của máy biến áp, động cơ và máy phát điện.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here