Cuộn cảm

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Cuộn cảm

Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm) là một linh kiện điện tử thụ động tạo từ một dây dẫn điện với vài vòng quấn, sinh ra từ trường khi có dòng điện chạy qua. Cuộn cảm có một độ tự cảm (hay từ dung) L đo bằng đơn vị Henry (H). Cuộn cảm có biểu tượng mạch điện

Tổng quan[sửa | sửa mã nguồn]

Coil.gif

Đối với dòng điện một chiều (DC), dòng điện có cường độ và chiều không đổi (tần số bằng 0), cuộn dây hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng không hay nói khác hơn cuộn dây nối đoản mạch. Dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường, B, có cường độ và chiều không đổi.

Khi mắc điện xoay chiều (AC) với cuộn dây, dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường, B, biến thiên và một điện trường, E, biến thiên nhưng luôn vuông góc với từ trường. Độ tự cảm 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.

Từ trường và từ dung[sửa | sửa mã nguồn]

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 day không có từ. Từ trường sản sinh tỉ lệ với dòng điện

B = I L

Hệ số tỷ lệ Ltừ 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. Từ dung càng lớn thì từ trường 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 hợp Công thức Chú thích
Hình trụ tròn dài [1] L=\frac{\mu_0KN^2A}{l}
Dây dẫn thẳng dài L = l\left(\ln\frac{4l}{d}-1\right) \cdot 200 \times 10^{-9}
  • L = từ dung (H)
  • l = chiều dài dây (m)
  • d = đường kính dây (m)
L = 5.08 \cdot l\left(\ln\frac{4l}{d}-1\right)
  • L = từ dung (H)
  • l = chiều dài dây (in)
  • d = đường kính dây (in)
Cuộn dây trụ tròn ngắn L=\frac{r^2N^2}{9r+10l}
  • L = từ dung (µH)
  • r = bán kính ngoài của cuộn dây (in)
  • l = chiều dài cuộn dây (in)
  • N = số vòng quấn
Cuộn dây nhiều lớp L = \frac{0.8r^2N^2}{6r+9l+10d}
  • L = từ dung (µH)
  • r = bán kính trung bình của cuộn dây (in)
  • l = chiều dài của dây quấn (in)
  • N = số vòng
  • d = độ dày của lớp quấn (in)
Cuộn dây quấn xoáy ốc trên mặt phẳng L=\frac{r^2N^2}{(2r+2.8d) \times 10^5}
  • L = từ dung (H)
  • r = bán kính trung bình của cuộn dây (m)
  • N = số vòng
  • d = độ dày của lớp quấn (bán kính ngoài trừ bán kính trong) (m)
L=\frac{r^2N^2}{8r+11d}
  • L = từ dung (H)
  • r = bán kính trung bình của cuộn dây (in)
  • N = số vòng
  • d = độ dày của lớp quấn (bán kính ngoài trừ bán kính trong) (in)
Lõi hình vòng xuyến (thiết diện tròn) L=\mu_0\mu_r\frac{N^2r^2}{D}
  • L = từ dung (H)
  • μ0 = độ từ thẩm của chân không = 4\pi × 10−7 H/m
  • μr = độ từ thẩm tương đối của vật liệu lõi
  • N = số vòng
  • r = bán kính vòng quấn (m)
  • D = đường kính vòng xuyến (m)

Điện thế, dòng điện và trở kháng[sửa | sửa mã nguồn]

Theo định luật cảm ứng Faraday, từ trường biến thiên theo thời gian tạo ra một điện thế trên cuộn dây V.

V = \frac{dB}{dt} = \frac{d(LI)}{dt} = L\frac{dI}{dt} + I\frac{dL}{dt}

Với từ dung không đổi theo thời gian:

V = L \frac{dI}{dt}

Dòng điện chạy trên cuộn dây có liên hệ với điện thế qua:

I = \frac{1}{L} \int V dt

Trở kháng phức của cuộn cảm với dòng điện xoay chiều, phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều.

Z = R + XL
Z = R + j ω L

Với jđơn vị ảo, ω là tần số góc của dòng điện xoay chiều.

Trường hợp cuộn dây không có điện trở, R=0, điện thế đi trước dòng điện một pha 90°. Trong trường hợp cuộn dây có điện trở, R>0, điện thế đi trước dòng điện một góc θ

\tan{\theta} = \omega \frac{L}{R} = 2\pi f \frac{L}{R}

Năng lượng lưu trữ[sửa | sửa mã nguồn]

Năng lượng từ trường lưu trữ trên cuộn dây được tính theo công thức:

 E = {1 \over 2} L I^2

Chỉ số chất lượng[sửa | sửa mã nguồn]

Chỉ số chất lượng hay còn gọi là hệ số phẩm chất, Q, được định nghĩa là tỉ số của điện ứng trên điện trở

Q = \frac{X_L}{R_L}
Q = \frac{\omega L}{R_L}

Phương pháp nối kết[sửa | sửa mã nguồn]

Nhiều cuộn dây có thể mắc nối tiếp với nhau để tăng từ dung hay song song với nhau dễ giảm từ dung.

Khi mắc nối tiếp nhiều (n) cuộn dây lại với nhau, tổng từ dung sẻ tăng và bằng tổng của các từ dung:

Lt = L1 + L2 +... + Ln

Khi mắc song song nhiều (n) từ dung lại với nhau, từ dung tổng sẽ giảm, nghịch đảo của từ dung tổng bằng tổng nghịch đảo các từ dung:

\frac{1}{L_T} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} +... + \frac{1}{L_n}

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Ứng dụng cuộn cảm
Mạch điện

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ a ă Nagaoka, Hantaro (6 tháng 5 năm 1909). The Inductance Coefficients of Solenoids 27. Journal of the College of Science, Imperial University, Tokyo, Japan. tr. 18.