- Cấu tạo của cuộn cảm
- Làm thế nào để một cuộn cảm hoạt động?
- Cấu tạo của một cuộn cảm
- Dòng điện và điện áp trong cuộn cảm
- Các ứng dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm là một trong những thành phần thụ động chính trong điện tử. Các thành phần thụ động cơ bản trong điện tử là điện trở, tụ điện và cuộn cảm. Cuộn cảm có quan hệ mật thiết với tụ điện vì chúng đều sử dụng điện trường để lưu trữ năng lượng và cả hai đều là hai linh kiện thụ động đầu cuối. Nhưng tụ điện và cuộn cảm có đặc tính cấu tạo, hạn chế và cách sử dụng khác nhau.
Cuộn cảm là một thành phần hai đầu cuối lưu trữ năng lượng trong từ trường của nó. Nó còn được gọi là cuộn dây hoặc cuộn cảm. Nó chặn mọi thay đổi về dòng điện chạy qua nó.
Cuộn cảm được đặc trưng bởi giá trị của điện cảm là tỷ số giữa điện áp (EMF) và sự thay đổi dòng điện bên trong cuộn dây. Các đơn vị của điện cảm là Henry. Nếu dòng điện chạy qua cuộn cảm được thay đổi với tốc độ một ampe trên giây và 1V EMF được tạo ra bên trong cuộn dây, thì giá trị của độ tự cảm sẽ là 1 Henry.
Trong Điện tử, cuộn cảm có giá trị Henry hiếm khi được sử dụng vì nó là một giá trị rất cao về mặt ứng dụng. Thông thường, các giá trị thấp hơn nhiều như Milli Henry, Micro Henry hoặc Nano Henry được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng.
Biểu tượng | Giá trị | Mối quan hệ với Henry |
mH | Milli Henry | 1/1000 |
uH | Vi Henry | 1/1000000 |
nH | Nano Henry | 1/1000000000 |
Các biểu tượng của một cuộn cảm được hiển thị ở bên dưới image-
Biểu tượng là đại diện của dây xoắn có nghĩa là dây được cấu tạo để trở thành một cuộn dây.
Cấu tạo của cuộn cảm
Cuộn cảm được hình thành bằng cách sử dụng dây đồng cách điện mà tiếp tục được hình thành như một cuộn dây. Cuộn dây có thể khác nhau về hình dạng và kích thước và cũng có thể được quấn bằng nhiều loại vật liệu khác nhau.
Độ tự cảm của một cuộn cảm phụ thuộc nhiều vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như số vòng dây, khoảng cách giữa các vòng dây, số lớp vòng dây, loại vật liệu lõi, độ từ thẩm, kích thước, hình dạng của nó, v.v.
Có một sự khác biệt rất lớn giữa cuộn cảm lý tưởng và cuộn cảm thực sử dụng trong mạch điện tử. Cuộn cảm thực không chỉ có độ tự cảm mà nó còn có điện dung và cảm kháng. Các cuộn dây quấn chặt chẽ tạo ra một lượng điện dung có thể đo được giữa các cuộn dây. Điện dung bổ sung này, cũng như điện trở dây, làm thay đổi các hoạt động tần số cao của cuộn cảm.
Cuộn cảm được sử dụng trong hầu hết mọi sản phẩm điện tử, một số ứng dụng tự làm của cuộn cảm là:
- Máy dò kim loại
- Máy dò kim loại Arduino
- Máy phát FM
- Dao động
Làm thế nào để một cuộn cảm hoạt động?
Trước khi thảo luận sâu hơn, điều quan trọng là phải hiểu sự khác biệt giữa hai thuật ngữ, Từ trường và Từ thông.
Trong quá trình dòng điện chạy qua vật dẫn, một từ trường được tạo ra. Hai thứ này tỷ lệ thuận với nhau. Do đó, nếu dòng điện được tăng lên, thì từ trường cũng sẽ tăng lên. Từ trường này được đo bằng đơn vị SI, Tesla (T). Bây giờ, Từ thông là gì? Đó là phép đo hoặc đại lượng của từ trường đi qua một khu vực xác định. Từ thông cũng có một đơn vị trong tiêu chuẩn SI, đó là Weber.
Vì vậy, hiện tại, có một từ trường xuyên qua cuộn cảm, được tạo ra bởi dòng điện chạy qua nó.
Để hiểu sâu hơn, cần phải hiểu định luật Faraday về độ tự cảm. Theo định luật tự cảm Faraday, EMF được tạo ra tỷ lệ với tốc độ thay đổi của từ thông.
VL = N (dΦ / dt)
Trong đó N là số vòng và Φ là lượng từ thông.
Cấu tạo của một cuộn cảm
Một cấu tạo và hoạt động của cuộn cảm tiêu chuẩn chung có thể được chứng minh là một dây đồng quấn chặt trên vật liệu lõi. Trong hình ảnh dưới đây, dây đồng được quấn chặt chẽ trên vật liệu lõi, làm cho nó trở thành cuộn cảm thụ động hai đầu cuối.
Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, trường điện từ sẽ phát triển trên dây dẫn và sức điện động hoặc EMF sẽ tạo ra tùy thuộc vào tốc độ thay đổi của từ thông. Vì vậy, liên kết từ thông sẽ là Nɸ.
Độ tự cảm của cuộn cảm cuộn dây quấn trong vật liệu lõi được cho là
µN 2 A / L
trong đó N là số lượt
A là diện tích mặt cắt ngang của vật liệu lõi
L là chiều dài của cuộn dây
µ là độ từ thẩm của vật liệu lõi, là một hằng số.
Công thức của EMF trở lại được tạo là
Vemf (L) = -L (di / dt)
Trong đoạn mạch, nếu đặt một nguồn điện áp vào cuộn cảm bằng công tắc. Công tắc này có thể là bất kỳ thứ gì như bóng bán dẫn, MOSFET hoặc bất kỳ loại công tắc thông thường nào sẽ cung cấp nguồn điện áp cho cuộn cảm.
Có hai trạng thái của mạch.
Khi công tắc mở, dòng điện sẽ không xảy ra trong cuộn cảm cũng như tốc độ thay đổi dòng điện bằng không. Vì vậy, EMF cũng bằng không.
Khi đóng công tắc, dòng điện từ nguồn điện áp đến cuộn cảm bắt đầu tăng cho đến khi dòng điện đạt giá trị trạng thái ổn định cực đại. Trong thời gian này dòng điện chạy qua cuộn cảm tăng và tốc độ thay đổi dòng điện phụ thuộc vào giá trị của điện cảm. Theo định luật Faraday, cuộn cảm tạo ra EMF trở lại cho đến khi DC đi vào trạng thái ổn định. Trong trạng thái ổn định không có sự thay đổi dòng điện trong cuộn dây và dòng điện chỉ đơn giản là đi qua cuộn dây.
Trong thời gian này, một cuộn cảm lý tưởng sẽ hoạt động như một đoạn ngắn mạch vì nó không có điện trở, nhưng trong một tình huống thực tế, dòng điện chạy qua cuộn dây và cuộn dây có điện trở cũng như điện dung.
Ở trạng thái khác khi công tắc đang được đóng lại, dòng điện dẫn đi xuống nhanh chóng và một lần nữa lại có sự thay đổi dòng điện dẫn đến việc tạo ra EMF.
Dòng điện và điện áp trong cuộn cảm
Biểu đồ trên hiển thị trạng thái Công tắc, Dòng điện cuộn cảm và Điện áp cảm ứng trong một hằng số thời gian.
Công suất qua cuộn cảm có thể được tính bằng cách sử dụng định luật công suất Ohms trong đó P = Điện áp x Dòng điện. Do đó, trong trường hợp này, điện áp là –L (di / dt) và cường độ dòng điện là i. Vì vậy, công suất trong cuộn cảm có thể được tính bằng công thức này
P L = L (di / dt) i
Nhưng trong trạng thái ổn định, cuộn cảm thực chỉ hoạt động như một điện trở. Vì vậy, sức mạnh có thể được tính là
P = V 2 R
Nó cũng có thể tính toán năng lượng được lưu trữ trong một cuộn cảm. Một cuộn cảm lưu trữ năng lượng bằng cách sử dụng từ trường. Năng lượng được lưu trữ trong cuộn cảm có thể được tính bằng công thức này-
W (t) = Li 2 (t) / 2
Có nhiều loại Cuộn cảm khác nhau về cấu tạo và kích thước của chúng. Cấu tạo khôn ngoan Các cuộn cảm có thể được hình thành trong lõi không khí, lõi ferit, lõi sắt, v.v. và Hình dạng khôn ngoan có sẵn các loại cuộn cảm khác nhau, như loại lõi trống, loại cuộn cảm, loại biến áp, v.v.
Các ứng dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm được sử dụng trong một lĩnh vực ứng dụng rộng rãi.
- Trong ứng dụng liên quan đến RF.
- SMPS và Nguồn cung cấp.
- Trong Máy biến áp.
- Bộ bảo vệ chống sét lan truyền để hạn chế dòng khởi động.
- Bên trong Rơle cơ học, v.v.