tin tức

Nguyên lý làm việc của điện cảm rất trừu tượng. Để giải thích độ tự cảm là gì, chúng ta bắt đầu từ hiện tượng vật lý cơ bản.

1. Hai hiện tượng và một định luật: từ trường cảm ứng điện, điện trường cảm ứng từ trường và định luật Lenz

1.1 Hiện tượng điện từ

Có một thí nghiệm vật lý ở trường phổ thông: khi đặt một kim nam châm nhỏ cạnh một dây dẫn có dòng điện chạy qua, hướng của kim nam châm nhỏ bị lệch, chứng tỏ xung quanh dòng điện có một từ trường. Hiện tượng này được nhà vật lý người Đan Mạch Oersted phát hiện vào năm 1820.

Nếu chúng ta quấn dây dẫn thành một vòng tròn, từ trường do mỗi vòng tròn của dây dẫn tạo ra có thể chồng lên nhau và từ trường tổng thể sẽ trở nên mạnh hơn, có thể hút các vật thể nhỏ. Trong hình, cuộn dây được cấp điện với dòng điện 2 ~ 3A. Lưu ý rằng dây tráng men có giới hạn dòng điện định mức, nếu không nó sẽ nóng chảy do nhiệt độ cao.

2. Hiện tượng điện từ

Năm 1831, nhà khoa học người Anh Faraday phát hiện ra rằng khi một phần dây dẫn của mạch kín di chuyển để cắt từ trường thì dòng điện sẽ được sinh ra trên dây dẫn. Điều kiện tiên quyết là mạch điện và từ trường ở trong môi trường tương đối biến đổi nên gọi là điện từ “động”, dòng điện sinh ra gọi là dòng điện cảm ứng.

Chúng ta có thể làm một thí nghiệm với một động cơ. Trong động cơ chổi than DC thông thường, phần stato là nam châm vĩnh cửu và phần rôto là dây dẫn cuộn dây. Quay rôto bằng tay có nghĩa là dây dẫn đang chuyển động để cắt các đường sức từ. Sử dụng máy hiện sóng để nối hai điện cực của động cơ, có thể đo được sự thay đổi điện áp. Máy phát điện được chế tạo dựa trên nguyên tắc này.

3. Định luật Lenz

Định luật Lenz: Chiều của dòng điện cảm ứng sinh ra khi từ thông biến thiên là chiều ngược lại với sự biến thiên của từ thông.

Hiểu đơn giản câu này là: khi từ trường (từ trường ngoài) của môi trường dây dẫn trở nên mạnh hơn thì từ trường do dòng điện cảm ứng của nó sinh ra sẽ ngược chiều với từ trường ngoài, làm cho tổng từ trường yếu hơn từ trường ngoài. từ trường. Khi từ trường (từ trường ngoài) của môi trường dây dẫn trở nên yếu hơn, từ trường do dòng điện cảm ứng của nó tạo ra sẽ ngược chiều với từ trường bên ngoài, làm cho tổng từ trường mạnh hơn từ trường bên ngoài.

Định luật Lenz có thể được sử dụng để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch.

2. Cuộn dây ống xoắn ốc – giải thích nguyên lý hoạt động của cuộn cảm Với kiến ​​thức về hai hiện tượng trên và một định luật, chúng ta hãy xem cuộn cảm hoạt động như thế nào.

Cuộn cảm đơn giản nhất là cuộn dây ống xoắn ốc:

Tình huống khi bật nguồn

Chúng ta cắt một đoạn nhỏ của ống xoắn ốc và có thể thấy hai cuộn dây là cuộn A và cuộn B:

Trong quá trình bật nguồn có hiện tượng như sau:

①Cuộn dây A chạy qua một dòng điện, giả sử chiều của nó được biểu thị bằng đường liền màu xanh lam, gọi là dòng điện kích thích bên ngoài;
②Theo nguyên lý điện từ, dòng điện kích thích bên ngoài tạo ra một từ trường, bắt đầu lan truyền trong không gian xung quanh và bao phủ cuộn dây B, tương đương với việc cuộn dây B cắt các đường sức từ, như thể hiện bằng đường chấm màu xanh lam;
③Theo nguyên lý điện từ, một dòng điện cảm ứng được tạo ra trong cuộn dây B và hướng của nó được biểu thị bằng đường liền nét màu xanh lá cây, ngược với dòng điện kích thích bên ngoài;
④Theo định luật Lenz, từ trường do dòng điện cảm ứng tạo ra có tác dụng chống lại từ trường của dòng điện kích thích bên ngoài, như thể hiện bằng đường chấm màu xanh lá cây;

Tình trạng sau khi bật nguồn ổn định (DC)

Sau khi bật nguồn ổn định, dòng điện kích thích bên ngoài của cuộn dây A không đổi và từ trường mà nó tạo ra cũng không đổi. Từ trường không có chuyển động tương đối với cuộn dây B nên không có điện từ và không có dòng điện biểu thị bằng vạch liền màu xanh. Tại thời điểm này, cuộn cảm tương đương với hiện tượng đoản mạch do kích thích bên ngoài.

3. Đặc tính của điện cảm: dòng điện không thể thay đổi đột ngột

Sau khi hiểu cách mộtcuộn cảmhoạt động, chúng ta hãy xem đặc điểm quan trọng nhất của nó – dòng điện trong cuộn cảm không thể thay đổi đột ngột.

Trong hình, trục hoành của đường cong bên phải là thời gian và trục tung là dòng điện trên cuộn cảm. Thời điểm công tắc đóng được lấy làm gốc của thời gian.

Có thể thấy rằng: 1. Khi công tắc đóng, dòng điện chạy qua cuộn cảm là 0A, tương đương với việc cuộn cảm bị hở mạch. Điều này là do dòng điện tức thời thay đổi mạnh, sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng rất lớn (màu xanh lá cây) để chống lại dòng điện kích thích bên ngoài (màu xanh);

2. Trong quá trình đạt trạng thái ổn định, dòng điện trên cuộn cảm thay đổi theo cấp số nhân;

3. Sau khi đạt đến trạng thái ổn định, dòng điện trên cuộn cảm là I=E/R, tương đương với việc cuộn cảm bị đoản mạch;

4. Tương ứng với dòng điện cảm ứng là suất điện động cảm ứng, có tác dụng trung hòa E nên gọi là Back EMF (điện động lực nghịch);

4. Chính xác thì độ tự cảm là gì?

Độ tự cảm được sử dụng để mô tả khả năng của một thiết bị chống lại sự thay đổi hiện tại. Khả năng chống lại sự thay đổi của dòng điện càng mạnh thì độ tự cảm càng lớn và ngược lại.

Đối với kích thích DC, cuộn cảm cuối cùng ở trạng thái ngắn mạch (điện áp bằng 0). Tuy nhiên, trong quá trình bật nguồn, điện áp và dòng điện không bằng 0 nghĩa là có điện. Quá trình tích lũy năng lượng này được gọi là sạc. Nó lưu trữ năng lượng này dưới dạng từ trường và giải phóng năng lượng khi cần thiết (chẳng hạn như khi kích thích bên ngoài không thể duy trì kích thước dòng điện ở trạng thái ổn định).

Cuộn cảm là thiết bị quán tính trong trường điện từ. Các thiết bị quán tính không thích những thay đổi, giống như bánh đà trong động lực học. Lúc đầu chúng khó bắt đầu quay và một khi đã bắt đầu quay thì rất khó dừng lại. Toàn bộ quá trình được đi kèm với việc chuyển đổi năng lượng.

Nếu bạn quan tâm vui lòng truy cập trang webwww.tclmdcoils.com.