Khớp nối cuộn cảm

Trong hướng dẫn trước, chúng ta đã bắt đầu với Tìm hiểu một cuộn cảm và nó hoạt động, bây giờ là lúc để khám phá các kết hợp khác nhau của cuộn cảm. Trong điện tử, cuộn cảm là thành phần được sử dụng phổ biến nhất sau tụ điện và điện trở, được sử dụng trong các kết hợp khác nhau cho các ứng dụng khác nhau. Chúng tôi cũng đã sử dụng cuộn cảm để chế tạo máy dò kim loại và đo giá trị của cuộn cảm bằng các kỹ thuật khác nhau, tất cả các liên kết được đưa ra bên dưới:

• Máy đo LC sử dụng Arduino: Đo điện cảm và tần số
• Cách đo giá trị của Cuộn cảm hoặc Tụ điện bằng Máy hiện sóng
• Mạch dò kim loại đơn giản
• Máy dò kim loại Arduino

Mạch ghép nối là gì?

Sự kết hợp của các thành phần với nhau để tạo ra các mạch ghép nối. Ý nghĩa của mạch ghép là sự chuyển giao năng lượng diễn ra từ cái này sang cái khác khi một trong hai mạch được cung cấp năng lượng. Các thành phần chính trong mạch điện tử được ghép nối bằng cách dẫn điện hoặc điện từ.

Tuy nhiên, trong hướng dẫn này, cách ghép điện từ và sự kết hợp của các cuộn cảm, như cuộn cảm mắc nối tiếp hoặc kết hợp song song sẽ được thảo luận.

Cảm lẫn nhau

Trong phần trước, chúng ta đã thảo luận về hiện tượng tự cảm của cuộn cảm và tham số của nó. Trong quá trình hoạt động liên quan đến hiện tượng tự cảm, không xảy ra hiện tượng tự cảm lẫn nhau.

Khi tốc độ thay đổi dòng điện xảy ra, một điện áp được cảm ứng bên trong một cuộn dây. Điều này có thể được chứng minh thêm bằng cách sử dụng công thức dưới đây,

V (t) là điện áp cảm ứng bên trong cuộn dây, i là cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây và độ tự cảm của cuộn dây là L.

V (t) = L {di (t) / dt}

Điều kiện trên chỉ đúng đối với phần tử mạch liên quan đến hệ số tự cảm có hai đầu nối. Trong trường hợp như vậy, không có điện cảm lẫn nhau được đưa vào thứ tự.

Bây giờ, trong cùng một kịch bản, nếu hai cuộn dây được đặt ở một khoảng cách gần nhau, thì quá trình ghép cảm ứng sẽ xảy ra.

Trong hình trên, hai cuộn dây được hiển thị. Hai cuộn dây này rất gần nhau. Do dòng điện i1 chạy qua cuộn dây L1, từ thông được cảm ứng, sau đó sẽ chuyển sang cuộn dây kia L2.

Trong hình trên, mạch tương tự bây giờ được quấn chặt trong vật liệu lõi để các cuộn dây không thể di chuyển. Vì vật liệu là lõi từ tính nên nó có tính thẩm thấu. Hai cuộn dây riêng biệt bây giờ được ghép từ tính. Thật thú vị, nếu một trong các cuộn dây phải đối mặt với tốc độ thay đổi dòng điện, thì cuộn dây kia sẽ tạo ra một điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi dòng điện trong cuộn dây kia.

Do đó, khi đặt nguồn điện áp V1 vào cuộn dây L1 thì dòng điện i1 sẽ bắt đầu chạy qua cuộn dây L1. Tốc độ thay đổi dòng điện tạo ra từ thông chạy qua lõi từ và tạo ra điện áp trong cuộn dây L2. Tốc độ thay đổi dòng điện trong L1 cũng thay đổi từ thông có thể tác động thêm đến điện áp cảm ứng trong L2.

Các điện áp cảm ứng trong L2 có thể được tính theo công thức dưới đây

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

Trong phương trình trên, tồn tại một thực thể chưa biết. Đó là M. Điều này là do, điện cảm lẫn nhau là nguyên nhân gây ra điện áp cảm ứng lẫn nhau trong hai đoạn mạch độc lập. M này , điện cảm lẫn nhau là hệ số tỷ lệ.

Tương tự đối với cuộn thứ nhất L1, điện áp cảm ứng lẫn nhau do cảm kháng lẫn nhau đối với cuộn thứ nhất có thể là:

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

Tương tự như độ tự cảm, độ tự cảm lẫn nhau cũng được đo bằng Henry. Giá trị lớn nhất của độ tự cảm lẫn nhau có thể là √L ₁ L ₂. Khi cuộn cảm tạo ra điện áp với tốc độ thay đổi dòng điện, thì cuộn cảm tương hỗ cũng tạo ra một điện áp, được gọi là điện áp tương hỗ M (di / dt). Điện áp tương hỗ này có thể là dương hoặc âm, điều này phụ thuộc nhiều vào cấu tạo vật lý của cuộn dây và hướng của dòng điện.

Công ước DOT

Quy ước về dấu chấm là một công cụ thiết yếu để xác định cực của điện áp cảm ứng lẫn nhau. Như tên cho thấy, dấu chấm có dạng hình tròn là một ký hiệu đặc biệt được sử dụng ở cuối hai cuộn dây trong mạch ghép nối lẫn nhau. Dấu chấm này cũng cung cấp thông tin về cấu tạo cuộn dây xung quanh lõi từ của nó.

Trong đoạn mạch trên, hai cuộn cảm mắc nối tiếp nhau. Hai cuộn cảm này có độ tự cảm L1 và L2.

Các điện áp V1 và V2 được phát triển trên các cuộn cảm là kết quả của dòng điện đi vào cuộn cảm trên các đầu nối có chấm. Bằng cách giả sử rằng độ tự cảm lẫn nhau của hai cuộn cảm đó là M, Điện áp cảm ứng có thể được tính theo công thức dưới đây,

Đối với cuộn cảm thứ nhất L1, điện áp cảm ứng sẽ là -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

Công thức tương tự có thể được sử dụng để tính điện áp cảm ứng của cuộn cảm thứ hai, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Do đó, đoạn mạch chứa hai loại điện áp cảm ứng là điện áp cảm ứng do tự cảm và điện áp cảm ứng biến đổi do hiện tượng tự cảm. Điện áp cảm ứng phụ thuộc vào độ tự cảm được tính theo công thức V = L (di / dt) là dương, nhưng điện áp cảm ứng lẫn nhau có thể âm hoặc dương tùy thuộc vào cấu tạo dây quấn cũng như dòng điện. Việc sử dụng dấu chấm là một tham số quan trọng để xác định cực của điện áp cảm ứng lẫn nhau này.

Trong một mạch ghép mà hai đầu cực thuộc hai cuộn dây khác nhau và được đánh dấu giống nhau bằng các dấu chấm, khi đó đối với cùng một chiều của dòng điện tương tự như các đầu nối, từ thông tự lực và cảm ứng lẫn nhau trong mỗi cuộn dây sẽ cộng lại với nhau.

Hệ số khớp nối

Hệ số ghép điện cảm là một tham số quan trọng đối với mạch ghép để xác định lượng ghép giữa các cuộn cảm ứng. Các hệ số khớp nối được thể hiện bằng chữ K.

Công thức của hệ số ghép là K = M / √L ₁ + L ₂ trong đó L1 là độ tự cảm của cuộn thứ nhất và L2 là độ tự cảm của cuộn thứ hai.

Hai mạch điện cảm ứng được liên kết bằng cách sử dụng từ thông. Nếu toàn bộ từ thông của một cuộn cảm được ghép hoặc liên kết với cuộn cảm kia được gọi là ghép nối hoàn hảo. Trong tình huống này, K có thể được biểu thị bằng 1 là dạng ngắn của khớp nối 100%. Hệ số ghép nối sẽ luôn nhỏ hơn tính hợp nhất và giá trị lớn nhất của hệ số ghép nối có thể là 1 hoặc 100%.

Cảm kháng lẫn nhau phụ thuộc nhiều vào hệ số ghép giữa hai mạch cuộn dây điện cảm. Nếu hệ số ghép nối cao hơn thì điện cảm lẫn nhau sẽ cao hơn, ngược lại, nếu hệ số ghép nối ở mức thấp hơn sẽ làm giảm điện cảm lẫn nhau trong mạch ghép nối. Hệ số ghép nối không thể là một số âm và nó không phụ thuộc vào hướng của dòng điện bên trong các cuộn dây. Hệ số ghép phụ thuộc vào vật liệu lõi. Trong vật liệu lõi sắt hoặc ferit, hệ số ghép nối có thể rất cao như 0,99 và đối với lõi không khí, nó có thể thấp tới 0,4 đến 0,8 tùy thuộc vào khoảng không giữa hai cuộn dây.

Cuộn cảm trong kết hợp chuỗi

Các cuộn cảm có thể mắc nối tiếp với nhau. Có hai cách để kết nối cuộn cảm theo chuỗi, bằng cách sử dụng phương pháp hỗ trợ hoặc bằng phương pháp đối lập.

Trong hình trên, hai loại kết nối nối tiếp được hiển thị. Đối với đầu tiên ở phía bên trái, các cuộn cảm được mắc nối tiếp bằng phương pháp trợ giúp. Trong phương pháp này, dòng điện chạy qua hai đầu cuộn cảm có cùng chiều. Khi dòng điện chạy cùng chiều, các từ thông tự và cảm ứng lẫn nhau sẽ liên kết với nhau và cộng với nhau.

Do đó, tổng điện cảm có thể được tính theo công thức dưới đây-

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2M

Trong đó, L _eq là tổng độ tự cảm tương đương và M là độ tự cảm lẫn nhau.

Đối với hình ảnh bên phải, Kết nối Đối lập được hiển thị. Trong trường hợp đó, dòng điện chạy qua cuộn cảm có hướng ngược lại. Do đó, tổng điện cảm có thể được tính theo công thức dưới đây, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Trong đó, L _eq là tổng độ tự cảm tương đương và M là độ tự cảm lẫn nhau.

Cuộn cảm trong kết hợp song song

Giống như sự kết hợp cuộn cảm nối tiếp, sự kết hợp song song của hai cuộn cảm có thể là hai loại, bằng cách sử dụng phương pháp hỗ trợ và bằng cách sử dụng phương pháp đối lập.

Đối với Phương pháp trợ giúp, như hình bên trái, quy ước về dấu chấm cho thấy rõ ràng rằng dòng điện chạy qua cuộn cảm có cùng chiều. Để tính tổng điện cảm, công thức dưới đây có thể rất hữu ích. Trong trường hợp đó, trường điện từ tự cảm trong hai cuộn dây cho phép emf cảm ứng lẫn nhau.

L _eq = (L ₁ L ₂ - M ²) / (L ₁ + L ₂ + 2M)

Đối với phương pháp đối kháng, các cuộn cảm được nối song song với chiều ngược lại của nhau. Trong trường hợp như vậy, điện cảm lẫn nhau tạo ra một điện áp chống lại EMF tự cảm ứng. Độ tự cảm tương đương của đoạn mạch song song có thể được tính theo công thức sau:

L _eq = (L ₁ L ₂ - M ²) / (L ₁ + L ₂ + 2M)

Các ứng dụng của cuộn cảm

Một trong những cách sử dụng tốt nhất của cuộn cảm ghép là trong việc tạo ra máy biến áp. Một máy biến áp sử dụng các cuộn cảm kết hợp quấn quanh lõi sắt hoặc lõi ferit. Một máy biến áp lý tưởng có tổn hao bằng không và hệ số ghép nối trăm phần trăm. Ngoài máy biến áp, các cuộn cảm kết hợp cũng được sử dụng trong bộ chuyển đổi sepic hoặc flyback. Đây là một sự lựa chọn tuyệt vời để cách ly đầu vào chính với đầu ra thứ cấp của nguồn điện bằng cách sử dụng cuộn cảm hoặc máy biến áp được ghép nối.

Ngoài ra, cuộn cảm được ghép đôi cũng được sử dụng để tạo thành mạch điều chỉnh đơn hoặc kép trong mạch thu hoặc phát sóng vô tuyến