=> Kết luận : Cảm kháng của cuộn dây tỷ lệ với hệ số tự cảm của cuộn dây và tỷ lệ với tần số dòng điện xoay chiều, nghĩa là dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì đi qua cuộn dây cà[r]
(1)1 – Cuộn cảm 1.1 - Cấu tạo cuộn cảm Cuộn cảm gồm số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn sơn emay cách điện, lõi cuộn dây có thể là không khí, là vật liệu dẫn từ Ferrite hay lõi thép kỹ thuật Cuộn dây lõi không khí Cuộn dây lõi Ferit Ký hiệu cuộn dây trên sơ đồ : L1 là cuộn dây lõi không khí, L2 là cuộn dây lõi ferit, L3 là cuộn dây có lõi chỉnh, L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật 1.2 - Các đại lượng đặc trưng cuộn cảm a) Hệ số tự cảm ( định luật Faraday) Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng cuộn dây có dòng điện biến thiên chạy qua L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l o o o o o L : là hệ số tự cảm cuôn dây, đơn vị là Henrry (H) n : là số vòng dây cuộn dây l : là chiều dài cuộn dây tính mét (m) S : là tiết diện lõi, tính m2 µr : là hệ số từ thẩm vật liệu làm lõi b) Cảm kháng Cảm kháng cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho cản trở dòng điện cuộn dây dòng điện xoay chiều ZL = 2.3,14.f.L o Trong đó : ZL là cảm kháng, đơn vị là Ω o f : là tần số đơn vị là Hz (2) o L : là hệ số tự cảm , đơn vị là Henry Thí nghiệm cảm kháng cuộn dây với dòng điện xoay chiều * Thí nghiệm trên minh họa: Cuộn dây nối tiếp với bóng đèn sau đó đấu vào các nguồn điện 12V có tần số khác thông qua các công tắc K1, K2 , K3 , K1 đóng dòng điện chiều qua cuộn dây mạnh ( Vì ZL = ) => đó bóng đèn sáng nhất, K2 đóng dòng điện xoay chỉều 50Hz qua cuộn dây yếy ( ZL tăng ) => bóng đèn sáng yếu đi, K3 đóng , dòng điện xoay chiều 200Hz qua cuộn dây yếu ( ZL tăng cao nhất) => bóng đèn sáng yếu => Kết luận : Cảm kháng cuộn dây tỷ lệ với hệ số tự cảm cuộn dây và tỷ lệ với tần số dòng điện xoay chiều, nghĩa là dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì qua cuộn dây càng khó, dòng điện chiều có tần số f = Hz vì với dòng chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = c) Điện trở cuộn dây Điện trở cuộn dây là điện trở mà ta có thể đo đồng hồ vạn năng, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở còn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh nhiệt cuộn dây hoạt động 1.3 - Tính chất nạp , xả cuộn cảm * Cuộn dây nạp lương : Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp lượng dạng từ trường tính theo công thức W = L.I / W : lượng ( June ) L : Hệ số tự cảm ( H ) I dòng điện (3) Thí nghiệm tính nạp xả cuộn dây Ở thí nghiệm trên : Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần ( cuộn dây sinh cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột ngột ) vì bóng đèn sáng từ từ, K1 vừa ngắt và K2 đóng , lương nạp cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => đó là hiên tượng cuộn dây xả điện – Loa và Micro 2.1 - Loa ( Speaker ) Loa là ứng dụng cuộn dây và từ trường Loa 4Ω – 20W ( Speaker ) (4) Cấu tạo và hoạt động Loa ( Speaker ) Cấu tạo loa : Loa gồm nam châm hình trụ có hai cực lồng vào , cực N và cực S xung quanh, hai cực tạo thành khe từ có từ trường khá mạnh, cuôn dây gắn với màng loa và đặt khe từ, màng loa đỡ gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động vào Hoạt động : Khi ta cho dòng điện âm tần ( điện xoay chiều từ 20 Hz => 20.000Hz ) chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo từ trường biến thiên và bị từ trường cố định nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động => màng loa dao động theo và phát âm Chú ý : Tuyệt đối ta không đưa dòng điện chiều vào loa , vì dòng điện chiều tạo từ trường cố định và cuộn dây loa lệch hướng dừng lại, đó dòng chiều qua cuộn dây tăng mạnh ( không có điện áp cảm ứng theo chiều ngược lai ) vì cuộn dây bị cháy (5) 2.2 – Micro Micro Thực chất cấu tạo Micro là loa thu nhỏ, cấu tạo Micro giống loa Micro có số vòng quấn trên cuộn dây lớn loa nhiều vì trở kháng cuộn dây micro là lớn khoảng 600Ω (trở kháng loa từ 4Ω – 16Ω) ngoài màng micro cấu tạo mỏng để dễ dàng dao động có âm tác động vào Loa là thiết bị để chuyển dòng điện thành âm còn micro thì ngược lại , Micro đổi âm thành dòng điện âm tần 2.3 – Rơ le ( Relay) Rơ le Rơ le là ứng dụng cuộn dây sản xuất thiết bị điện tử, nguyên lý hoạt động Rơle là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua quộn dây, từ trường lại tạo thành lực học thông qua lực hút để thực động tác khí đóng mở công tắc, đóng mở các hành trình thiết bị tự động vv… (6) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Rơ le – Biến áp 3.1 – Cấu tạo biến áp Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm cuộn sơ cấp ( đưa điện áp vào ) và hay nhiều cuộn thứ cấp ( lấy điện áp sử dụng) cùng quấn trên lõi từ có thể là lá thép lõi ferit Ký hiệu biến áp 3.2 - Tỷ số vòng / vol bién áp Gọi n1 và n2 là số vòng quộn sơ cấp và thứ cấp U1 và I1 là điện áp và dòng điện vào cuộn sơ cấp U2 và I2 là điện áp và dòng điện từ cuộn thứ cấp Ta có các hệ thức sau : U1 / U2 = n1 / n2 Điện áp trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn (7) U1 / U2 = I2 / I1 Dòng điện trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa là ta lấy điện áp càng cao thì cho dòng càng nhỏ 3 – Công xuất biến áp Công xuất biến áp phụ thuộc tiết diện lõi từ, và phụ thuộc vào tần số dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động tần số càng cao thì cho công xuất càng lớn 3.4 – Phân loại biến áp * Biến áp nguồn và biến áp âm tần: Biến áp nguồn Biến áp nguồn hình xuyến Biến áp nguồn thường gặp Cassete, Âmply , biến áp này hoạt động tần số điện lưới 50Hz , lõi biến áp sử dụng các lá Tônsilic hình chữ E và I ghép lại, biến áp này có tỷ số vòng / vol lớn Biến áp âm tần sử dụng làm biến áp đảo pha và biến áp loa các mạch khuyếch đại công xuất âm tần,biến áp sử dụng lá Tônsilic làm lõi từ biến áp nguồn, lá tônsilic biến áp âm tần mỏng để tránh tổn hao, biến áp âm tần hoạt động tần số cao , vì có số vòng vol thấp hơn, thiết kế biến áp âm tần người ta thường lấy giá trị tần số trung bình khoảng 1KHz – đến 3KHz * Biến áp xung & Cao áp Biến áp xung Cao áp (8) Biến áp xung là biến áp hoạt động tần số cao khoảng vài chục KHz biến áp các nguồn xung , biến áp cao áp lõi biến áp xung làm ferit , hoạt động tần số cao nên biến áp xung cho công xuất mạnh, so với biến áp nguồn thông thường có cùng trọng lượng thì biến áp xung có thể cho công xuất mạnh gấp hàng chục lần Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm) là linh kiện điện tử thụ động tạo từ dây dẫn điện với vài vòng quấn, sinh từ trường có dòng điện chạy qua Cuộn dây có biểu tượng mạch điện dung) L đo đơn vị Hen Ry (H) có độ tự cảm (hay từ Tổng quan Đối với dòng điện chiều (DC), dòng điện có cường độ và chiều không đổi (tần số 0), cuộn dây hoạt động điện trở có điện kháng gần không hay nói khác cuộn dây nối đoản mạch Dòng điện trên cuộn dây sinh 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 từ trường, B, biến thiên và điện trường, E, biến thiên luôn vuông góc với từ trường Độ tự cảm cuộn từ lệ thuộc vào tần số dòng xoay chiều 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 day không có từ Từ trường sản sinh tỉ lệ với dòng điện B=IL Hệ số tỷ lệ L là từ dung hay độ tự cảm, là tính chất vật lý cuộn dây, đo đơn vị Henry H, thể khả khả sản sinh từ cuộn dây dòng điện Từ dung càng lớn thì từ trường sinh càng lớn (ứng với cùng dòng điện), và ứng với dự trữ lượng từ trường (từ năng) cuộn dây càng lớn Bảng đây tóm tắt công thức tính từ dung cho số trường hợp Trường hợp Công thức Chú thích (9) Hình trụ tròn dài [1] L = từ dung đo Henry (H) μ0 = độ từ thẩm chân không = 4π × 10-7 H/m K = hệ số Nagaoka[1] N = số vòng A = thiết diện cuộn dây đo 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 cuộn dây (in) l = chiều dài cuộn dây (in) N = số vòng quấn Dây dẫn thẳng dài Cuộn dây trụ tròn ngắn Cuộn dây nhiều lớp Cuộn dây quấn xoáy ốc trên mặt phẳng L = từ dung (µH) r = bán kính trung bình cuộn dây (in) l = chiều dài dây quấn (in) N = số vòng d = độ dầy lớp quấn (in) L = từ dung (H) r = bán kính trung bình cuộn dây (m) N = số vòng d = độ dầy lớp quấn (bán kính ngoài trừ bán kính trong) (m) (10) Lõi hình vòng xuyến (thiết diện tròn) L = từ dung (H) r = bán kính trung bình cuộn dây (in) N = số vòng d = độ dầy lớp quấn (bán kính ngoài trừ bán kính trong) (in) L = từ dung (H) μ0 = độ từ thẩm chân không = 4π × 10-7 H/m μr = độ từ thẩm tương đối vật liệu lõi N = số vòng r = bán kính vòng quấn (m) D = đường kính vòng xuyến Điện thế, dòng điện và trở kháng Theo định luật cảm ứng Faraday, từ trường biến thiên theo thời gian tạo điện trên cuộn dây V Với từ dung không đổi theo thời gian: Dòng điện chạy trên cuộn dây có liên hệ với điện qua: Trở kháng phức cuộn cảm với dòng điện xoay chiều, phụ thuộc vào tần số dòng điện xoay chiều Z = R + XL Z=R+jωL (11) Với j là đơn vị ảo, ω là tần số góc dòng điện xoay chiều Trường hợp cuộn dây không có điện trở, R=0, điện trước dòng điện pha 90° Trong trường hợp cuộn dây có điện trở, R>0, điện trước dòng điện góc θ Năng lượng lưu trữ Năng lượng từ trường lưu trữ trên cuộn dây tính theo công thức: Chỉ số chất lượng Chỉ số chất lượng, Q, định nghĩa là tỉ số điện ứng trên điện kháng Phương pháp nối kết Nhiều cuộn dây có thể mắc nối tiếp với để tăng từ dung hay song song với dễ giảm từ dung Khi mắc nối tiếp nhiều (n) cuộn dây lại với nhau, tổng từ dung sẻ tăng và tổng các từ dung: Lt = L1 + L2 + + Ln Khi mắc song song nhiều (n) từ dung lại với nhau, tổng từ dung sẻ giảm và tích các từ dung trên tổng các từ dung: (12)