Nếu bạn học vật lý điện tử, bạn sẽ bắt gặp các từ chuyên môn như cuộn cảm, độ tự cảm, inductor, hệ số tự cảm, cuộn dây điện, cuộn dây, công thức tính độ tự cảm, cảm kháng, cuộn cảm cao tần, inductor là gì. Chắc hẳn bạn đều thắc mắc muốn tìm hiểu về nó. Bạn tự hỏi cuộn cảm là gì (What is an inductor?)? Cấu tạo của cuộn cảm như thế nào? Và nguyên lý hoạt động của cuộn cảm cũng như những ứng dụng thực tế của cuộn cảm ra sao? Trong bài này chúng ta cùng tìm hiểu nhé.

Bạn đang xem: Cuộn cảm trong mạch xoay chiều

*


Cuộn cảm là gì?

Cuộn cảm có tên gọi là cuộn từ hay cuộn từ cảm, là một linh kiện điện tử thụ động được cấu tạo từ rất nhiều vòng dây điện (lõi đồng) quấn xung quanh các lõi (sắt non, nam châm, không khí). Khi dòng điện chạy qua sẽ sinh ra từ trường, độ mạnh của từ trường mạnh hay yếu gọi là độ tự cảm hay từ dung ký hiệu là L và đơn vị đo là Henry (H). Các lõi sắt trong cuộn cảm được làm bằng các tấm lá thép non.

*

Bạn có thể hiểu ngắn gọn như sau:

Một cuộn cảm chỉ là một cuộn dây quấn xung quanh một số loại lõi. Lõi có thể chỉ là không khí hoặc nó có thể là một nam châm.

Khi bạn cho một dòng điện chạy qua cuộn cảm, một từ trường được tạo ra xung quanh nó.

Bằng cách sử dụng lõi nam châm, từ trường sẽ mạnh hơn rất nhiều.

Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm:

Khi ta có cuộn cảm rồi, nếu cho dòng điện 1 chiều DC chạy qua. Dòng điện sẽ sinh ra một từ trường B có cường độ và chiều không đổi ứng với chiều và cường độ dòng điện DC. Và dòng DC có tần số bằng 0, cuộn dây hoạt động như một điện trở có điện trở kháng gần bằng 0.

Ngược lại khi ta cho dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm, nó sẽ sinh ra từ trường biến thiên (B) và một trường điện trường E, điện trường này biến thiên nhưng luôn vuông góc với từ trường. Cảm kháng của cuộn từ lệ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều.

Cuộn cảm L có đặc tính lọc nhiễu tốt cho các mạch nguồn DC có lẫn tạp nhiễu ở các tần số khác nhau tùy vào đặc tính cụ thể của từng cuộn cảm, giúp ổn định dòng, ứng dụng trong các mạch lọc tần số.

Một dòng điện qua bất kỳ dây nào sẽ tạo ra một từ trường. Cuộn cảm là một dây có hình dạng để từ trường sẽ mạnh hơn nhiều.

*

Lý do một cuộn cảm hoạt động theo cách của nó là vì từ trường này. Lĩnh vực này thực hiện một số công cụ vật lý ma thuật chống lại dòng điện xoay chiều.

Tôi không thích đi sâu vào vật lý và toán học. Nhưng nếu bạn muốn đọc một lời giải thích chi tiết hơn, hãy xem bài viết của cuộn cảm Wikipedia.

Cuộn cảm sử dụng để làm gì?

Cuộn cảm tương tự như một tụ điện. Trong mạch, nó sẽ cản lại dòng điện xoay chiều (AC) và để dòng điện một chiều (DC) chạy qua tự do.

Nó sẽ ngăn cản dòng điện xoay chiều (AC). Nhưng dòng điện một chiều (DC) thì sẽ tự do cho chạy qua.

Tôi gần như không bao giờ sử dụng cuộn cảm. Chủ yếu là vì tôi có xu hướng dính vào các mạch kỹ thuật số. Nhưng đôi khi tôi đã sử dụng chúng để tạo bộ lọc hoặc bộ dao động.

Và chúng chủ yếu được sử dụng vào mục đích đo. Ứng dụng trong bộ lọc và bộ dao động.

Bạn thường tìm thấy cuộn cảm trong thiết bị điện tử AC tương tự như thiết bị vô tuyến, hay quạt điện, motor.

Và đây là ý kiến của một bạn gửi cho tôi viết về ứng dụng của cuộn cảm.

Chào.

Tôi đọc bài viết của bạn về cuộn cảm và tôi nghĩ rằng một vài điều cần được làm rõ một chút.

Bạn nói rằng bạn gần như không bao giờ sử dụng cuộn cảm vì bạn có xu hướng dính vào các mạch kỹ thuật số.

Mặc dù có thể không cần thiết cho hoạt động chính xác trong môi trường được kiểm soát, nhưng chắc chắn là cần thiết trong một sản phẩm thương mại.

Để đáp ứng nhu cầu EMC của các sản phẩm thương mại, vốn luôn khó khăn, bạn sẽ hầu như luôn muốn sử dụng cuộn cảm.

EMC là viết tắt của Khả năng điện từ.

Điều này khá đơn giản là sự tương tác giữa các mạch; hoạt động chính xác của một mạch trong môi trường ồn ào và nó không làm hỏng các mạch khác quá nhiều.

Thông thường, bạn sẽ tìm thấy một chế độ chung bị sặc ở đầu vào của bộ chuyển đổi DC-DC để giảm tiếng ồn bên ngoài. Cuộn cảm cũng sẽ giúp giảm tiếng ồn phát ra từ mạch.

Giữa các bộ điều chỉnh khác nhau, như nếu bạn muốn mạng 3,3 V và 5 V, bạn sẽ muốn sử dụng cái gọi là hạt công suất để loại bỏ nhiễu theo cùng một cách.

Chuyển đổi tiếng ồn có thể tích lũy nếu các biện pháp không được thực hiện và trường hợp xấu nhất sẽ là một mạch không hoạt động. Điều quan trọng cần lưu ý là việc sử dụng đúng tụ điện bypass sẽ làm giảm đáng kể vấn đề này.

Đúng là cuộn cảm chủ yếu được sử dụng cho các bộ lọc và bộ dao động. Tuy nhiên, tôi muốn chỉ ra rằng lọc cung cấp năng lượng có lẽ là cách sử dụng phổ biến nhất hiện nay.

Đừng quên rằng một máy biến áp cũng được làm từ hai cuộn cảm ..

Từ trường và từ dung

Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường và trở thành nam châm điện. Khi không có dòng điện chạy qua, cuộn dây không có từ. Từ trường sản sinh tỉ lệ với dòng điện

B.A=IL

Hệ số tỷ lệ L là từ dung hay độ tự cảm, là tính chất vật lý của cuộn dây, đo bằng đơn vị Henry – H, thể hiện khả năng sản sinh từ của cuộn dây bởi một dòng điện, A là diện tích bề mặt cuộn dây. B.A ứng với từ thông. Từ dung càng lớn thì từ thông sinh ra càng lớn (ứng với cùng một dòng điện), và cũng ứng với dự trữ năng lượng từ trường (từ năng) trong cuộn dây càng lớn.

Bảng dưới đây tóm tắt công thức tính từ dung cho một số trường hợp

Trường hợpCông thứcChú thíchHình trụ tròn dàiDây dẫn thẳng dàiCuộn dây trụ tròn ngắnCuộn dây nhiều lớpCuộn dây quấn xoáy ốc trên mặt phẳngLõi hình vòng xuyến (thiết diện tròn)
*
L = từ dung đo bằng Henry (H)μ0 = độ từ thẩm của chân không = 4displaystyle pi  × 10−7 H/mK = hệ số Nagaoka<1>N = số vòngA = thiết diện cuộn dây đo bằng mét vuông (m2)l = chiều dài cuộn dây (m)
*
L = từ dung (H)l = chiều dài dây (m)d = đường kính dây (m)
*
L = từ dung (H)l = chiều dài dây (in)d = đường kính dây (in)
*
L = từ dung (µH)r = bán kính ngoài của cuộn dây (in)l = chiều dài cuộn dây (in)N = số vòng quấn
*
L = từ dung (µH)r = bán kính trung bình của cuộn dây (in)l = chiều dài của dây quấn (in)N = số vòngd = độ dày của lớp quấn (in)
*
L = từ dung (H)r = bán kính trung bình của cuộn dây (m)N = số vòngd = độ dày của lớp quấn (bán kính ngoài trừ bán kính trong) (m)
*
L = từ dung (H)r = bán kính trung bình của cuộn dây (in)N = số vòngd = độ dày của lớp quấn (bán kính ngoài trừ bán kính trong) (in)
*
L = từ dung (H)μ0 = độ từ thẩm của chân không = 4displaystyle pi  × 10−7 H/mμr = độ từ thẩm tương đối của vật liệu lõiN = số vòngr = bán kính vòng quấn (m)D = đường kính vòng xuyến (m)

Ký hiệu cuộn cảm

*

Dòng điện, i chảy qua một cuộn cảm tạo ra từ thông tỷ lệ với nó. Nhưng không giống như một Tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp trên các bản của chúng, một cuộn cảm phản đối tốc độ thay đổi của dòng điện chạy qua nó do sự tích tụ năng lượng tự cảm ứng trong từ trường của nó.

Nói cách khác, cuộn cảm chống lại hoặc chống lại sự thay đổi của dòng điện nhưng sẽ dễ dàng vượt qua dòng điện một chiều ổn định. Khả năng này của một cuộn cảm chống lại sự thay đổi của dòng điện và cũng liên quan đến dòng điện, i với liên kết từ thông của nó, NΦ là một hằng số tỷ lệ được gọi là Điện cảm được đặt ký hiệu L với các đơn vị của Henry , ( H ) sau Joseph Henry.

Bởi vì Henry là một đơn vị tự cảm tương đối lớn theo cách riêng của nó, đối với các đơn vị phụ của cuộn cảm nhỏ hơn của He

Độ tự cảm

Tiếp đầu ngữKý hiệuSố nhânĐộ mạnh
millim1 / 1.00010 -3
vi môCủ cải1 / 1.000.00010 -6
nanon1 / 1.000.000.00010 -9

Vì vậy, để hiển thị các đơn vị con của Henry, chúng tôi sẽ sử dụng làm ví dụ:

1mH = 1 milli-Henry – tương đương với một phần nghìn (1/1000) của Henry.100μH = 100 micro-Henries – tương đương với 100 triệu (1 / 1.000.000) của Henry.

Cuộn cảm hoặc cuộn dây rất phổ biến trong các mạch điện và có nhiều yếu tố quyết định độ tự cảm của cuộn dây như hình dạng của cuộn dây, số vòng dây của cách điện, số lớp dây, khoảng cách giữa các vòng , tính thấm của vật liệu lõi, kích thước hoặc diện tích mặt cắt ngang của lõi, v.v., để đặt tên cho một số ít.

Xem thêm: Top Ảnh Động Vật Hài Hước Năm 2020, Cuộc Thi Nhiếp Ảnh Thiên Hài Hước 2021

Một cuộn dây có một vùng lõi trung tâm, ( A ) với số vòng dây không đổi trên một đơn vị chiều dài, ( l ). Vì vậy, nếu một cuộn dây N được liên kết bởi một lượng từ thông, Φ thì cuộn dây có liên kết từ thông N và bất kỳ dòng điện nào, ( i ) chảy qua cuộn dây sẽ tạo ra một từ thông cảm ứng theo hướng ngược lại với dòng chảy. Sau đó, theo Định luật Faraday, bất kỳ thay đổi nào trong liên kết từ thông này sẽ tạo ra điện áp tự cảm ứng trong cuộn dây đơn:

*

Ở đâu: N là số lượt A là diện tích mặt cắt ngang trong m 2 Φ là lượng thông trong Webers μ là thấm của vật liệu cốt lõi l là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét di / dt là tốc độ thay đổi của dòng điện trong amps / giây

Từ trường biến thiên theo thời gian tạo ra một điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của dòng điện tạo ra nó với giá trị dương cho thấy sự gia tăng của emf và giá trị âm biểu thị sự giảm emf. Phương trình liên quan đến điện áp, dòng điện và điện cảm tự cảm này có thể được tìm thấy bằng cách thay thế μN 2 A / l bằng L biểu thị hằng số tỷ lệ gọi là Độ tự cảm của cuộn dây.

Mối quan hệ giữa từ thông trong cuộn cảm và dòng điện chạy qua cuộn cảm được cho là: NΦ = Li . Vì một cuộn cảm bao gồm một cuộn dây dẫn, điều này sau đó làm giảm phương trình trên để tạo ra emf tự cảm ứng, đôi khi được gọi là emf phía sau gây ra trong cuộn dây: