Định nghĩa
Độ tự cảm
Cuộn cảm là tỉ số giữa từ thông của một dây dẫn với dòng điện tạo ra trong và xung quanh dây dẫn khi có dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn, và từ thông của dây dẫn là tỉ số giữa dòng điện tạo ra từ thông này.
Khi dòng điện một chiều đi qua cuộn cảm, chỉ có các đường sức từ cố định xuất hiện xung quanh nó, không thay đổi theo thời gian; Tuy nhiên, khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây, nó sẽ được bao quanh bởi các đường sức từ thay đổi theo thời gian. Theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday – phân tích điện từ điện, các đường sức từ thay đổi sẽ tạo ra một điện thế cảm ứng ở cả hai đầu cuộn dây, tương đương với một “nguồn điện mới”.
Khi một vòng kín được hình thành, thế năng cảm ứng này tạo ra một dòng điện cảm ứng. Tổng lượng đường sức từ do dòng điện cảm ứng tạo ra được biết đến bởi Định luật vòng tròn có mục đích ngăn chặn những thay đổi ban đầu trong các đường sức từ. Vì sự thay đổi đường sức từ ban đầu bắt nguồn từ sự thay đổi của nguồn điện xoay chiều được áp dụng, từ hiệu ứng khách quan, cuộn dây cảm ứng có đặc điểm là ngăn chặn sự thay đổi dòng điện trong mạch AC.
Cuộn dây cảm ứng có đặc điểm tương tự như quán tính trong cơ học, về mặt điện học được gọi là “tự cảm ứng”, thường là khi mở công tắc cổng hoặc trên công tắc phanh tại thời điểm đó, một tia lửa sẽ xảy ra, đó là hiện tượng tự cảm ứng gây ra bởi một điện thế cảm ứng cao.
Tóm lại, khi cuộn dây cảm ứng được kết nối với nguồn điện xoay chiều, các đường sức từ bên trong cuộn dây sẽ thay đổi theo dòng điện xoay chiều, dẫn đến cảm ứng điện từ trong cuộn dây. Suất điện động này, được tạo ra bởi sự thay đổi dòng điện của chính cuộn dây, được gọi là “sức điện động tự cảm ứng”. Có thể thấy rằng độ tự cảm chỉ là một tham số liên quan đến số lượng cuộn dây, kích thước và hình dạng và môi trường, là thước đo quán tính của cuộn dây cảm ứng và không liên quan gì đến dòng điện được áp dụng.
Các đặc điểm và thông số chính của cuộn cảm
Độ tự cảm (L)
Độ tự cảm L biểu thị các đặc tính vốn có của cuộn dây, không phụ thuộc vào kích thước dòng điện. Ngoài cuộn dây tự cảm đặc biệt (cuộn cảm mã màu), giá trị độ tự cảm thường không được đánh dấu cụ thể trên cuộn dây, nhưng được đánh dấu bằng tên cụ thể.
Điện kháng cảm ứng (XL)
Kích thước của hiệu ứng cản trở của cuộn dây cảm ứng đối với dòng điện xoay chiều được gọi là Điện kháng cảm ứng-XL và đơn vị là Ohm. Mối quan hệ của nó với độ tự cảm L và tần số AC f là XL=2πfL
Hệ số chất lượng (Q)
Hệ số chất lượng Q là một đại lượng vật lý biểu thị khối lượng của cuộn dây, và Q là tỷ số giữa trở kháng cảm ứng XL với điện trở tương đương của nó, tức là Q = XL / R.
Giá trị Q của cuộn dây càng cao thì tổn thất của vòng lặp càng nhỏ. Giá trị Q của cuộn dây liên quan đến các yếu tố như điện trở DC của dây, tổn thất điện môi của khung, tổn thất do lớp chắn hoặc lõi gây ra, hiệu ứng của hiệu ứng da tần số cao, v.v. Giá trị Q của cuộn dây thường là hàng chục đến hàng trăm. Sử dụng cuộn dây lõi, nhiều sợi cuộn dây có thể làm tăng giá trị Q của cuộn dây.
Điện trở DC (DCR)
Cuộn dây cảm ứng đo điện trở ở dòng điện không xoay chiều, trong thiết kế cuộn cảm, điện trở DC càng nhỏ thì càng tốt và đơn vị đo của nó là Ohm, thường được đánh dấu bằng giá trị lớn nhất.
Điện dung phân tán
Điện dung có giữa các vòng dây và vòng dây của cuộn dây, giữa cuộn dây và lớp che chắn, và giữa cuộn dây và tấm đáy được gọi là tụ điện phân tán. Sự hiện diện của điện dung phân tán làm giảm giá trị Q của cuộn dây và làm cho độ ổn định kém hơn, do đó điện dung phân tán của cuộn dây càng nhỏ thì càng tốt. Việc sử dụng cuộn dây phân đoạn làm giảm điện dung phân tán.
Giá trị trở kháng
Giá trị trở kháng của cuộn cảm đề cập đến tổng (số phức) của tất cả các trở kháng của nó dưới dòng điện, bao gồm cả phần AC và DC, giá trị trở kháng của phần DC chỉ là điện trở DC (phần thực) của cuộn dây và giá trị trở kháng của phần AC bao gồm điện kháng (phần ảo) của cuộn cảm. Theo nghĩa này, cuộn cảm cũng có thể được coi là “điện trở AC”.
Dòng điện định mức
Cho phép cường độ dòng điện DC liên tục của một cuộn cảm, cường độ của dòng điện DC này dựa trên sự tăng nhiệt độ tối đa của cuộn cảm ở nhiệt độ môi trường định mức tối đa, dòng điện định mức liên quan đến khả năng của cuộn cảm để giảm tổn thất của cuộn dây bằng điện trở DC thấp và cũng liên quan đến khả năng của cuộn cảm để phân tán tổn thất năng lượng của cuộn dây, do đó, dòng điện định mức có thể được tăng lên bằng cách giảm điện trở DC hoặc tăng kích thước cuộn cảm để tăng dạng sóng dòng điện của tần số thấp. Giá trị dòng điện RMS có thể được sử dụng thay cho dòng điện định mức DC, không liên quan đến từ tính của cuộn cảm.
Phân loại cuộn cảm
- Phân loại theo hình thức tự cảm: tự cảm cố định, tự cảm thay đổi.
- Phân loại theo bản chất của nam châm dẫn điện: cuộn dây lõi không khí, cuộn dây ferit, cuộn dây lõi sắt, cuộn dây lõi đồng.
- Theo tính chất công việc: cuộn dây anten, cuộn dây dao động, cuộn cảm, cuộn khía, cuộn lệch.
- Phân loại theo cấu trúc quấn: cuộn dây một lớp, cuộn dây nhiều lớp, cuộn dây hình tổ ong.
- Theo phân loại tần số hoạt động: cuộn dây tần số cao, cuộn dây tần số thấp.
- Phân loại theo đặc điểm kiến trúc: cuộn dây lõi, cuộn dây có độ tự cảm thay đổi, cuộn dây có mã màu, dây không lõi