Bài trước nói về ‘tri giác’ để hiểu hiện tượng tự cảm, còn bài viết này nói về ‘cảm tính’ để hiểu về điện cảm.

1. Đơn vị của điện cảm

Như có thể thấy từ bài viết trước, điện cảm phản ánh khả năng của một thiết bị để chống lại sự thay đổi hiện tại. Sự “đối đầu” này thể hiện ở dòng điện cảm ứng và suất điện động cảm ứng (còn gọi là: Back EMF) trên cuộn cảm.

Đơn vị của độ tự cảm là Henry, và ký hiệu là L. Định nghĩa của L = 1 Henry là: dòng điện biến thiên với tốc độ 1 ampe / giây (1A / s) Nếu hiệu điện thế của suất điện động cảm ứng tạo ra trên cuộn cảm là 1V thì độ tự cảm này là 1 Henry.

Trong thiết bị vô tuyến và thông tin liên lạc, đơn vị điện cảm phổ biến là nH (nanohenry), có thể đối phó với sự thay đổi dòng điện ở mức MHz; trong nguồn điện và thiết bị cung cấp điện, đơn vị điện cảm phổ biến là μH (uH, microhenry), đối phó với dòng điện mức KHz Thay đổi; Trong thiết bị âm thanh, đơn vị điện cảm phổ biến là mH (haoheng), có thể đối phó với những thay đổi hiện tại từ hàng trăm Hz đến 2KHz.

Trong quá trình chống lại sự thay đổi dòng điện, cuộn cảm kèm theo sự chuyển hóa năng lượng điện và từ trường, công suất của cuộn cảm càng lớn thì năng lượng có thể chuyển hóa và tích trữ càng lớn.

2. Sự thay đổi điện áp và dòng điện trên cuộn cảm

Chúng ta hãy xem xét mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trên cuộn cảm: V = -L * di / dt

Công thức này phản ánh rằng hiệu điện thế của suất điện động cảm ứng trên cuộn cảm liên quan đến tốc độ thay đổi dòng điện.

Trong trường hợp L không đổi, dòng điện biến thiên càng nhanh thì suất điện động cảm ứng tạo ra càng lớn. Đặc biệt khi đóng hoặc mở công tắc mạch điện, sự thay đổi tức thời của dòng điện có thể làm xuất hiện tia lửa điện tại nơi đóng công tắc mạch điện (chỉ có thể tạo ra tia lửa điện khi ngắt không khí. Điện áp ít nhất là hàng chục nghìn vôn. Điện áp tức thời rất cao). Ngắn, nhưng không nhất thiết phải lớn về năng lượng).

Chúng tôi xây dựng một mạch bao gồm cảm kháng, điện trở và công suất (sóng vuông tuần hoàn), như hình dưới đây:

Một vôn kế được kết nối song song với mỗi thiết bị để dễ dàng xem dạng sóng. Đặc biệt, thông qua hiệu điện thế trên điện trở, dòng điện qua mạch có thể được ước tính (định luật Ohm). Nguồn điện là một sóng vuông tuần hoàn có tần số Max 10V, Min 0V và 100Hz.

Hãy xem xét sự thay đổi dạng sóng điện áp và dòng điện trên cuộn cảm:

Trong số đó, dạng sóng màu xanh lục biểu thị sự thay đổi điện áp nguồn điện; dạng sóng màu vàng biểu thị sự thay đổi điện áp cuộn cảm; dạng sóng màu xanh biểu thị sự thay đổi điện áp điện trở và cũng phản ánh sự thay đổi dòng điện trên toàn bộ mạch.

Khi nguồn điện thay đổi từ 0V-> 10V thì điện áp cuộn cảm tạo ra xung dương (điện áp thay đổi đột ngột), cực của xung này ngược với cực của điện áp nguồn. Vì điện áp cuộn cảm yếu đi ảnh hưởng của điện áp nguồn nên cường độ dòng điện không tăng đột ngột, cường độ dòng điện toàn mạch bắt đầu từ 0A tăng dần (cường độ dòng điện không đổi đột ngột) cho đến khi đạt trạng thái ổn định.

Khi nguồn điện thay đổi từ 10V-> 0V thì điện áp cuộn cảm sinh ra xung âm (điện áp thay đổi đột ngột), cực của xung này giống cực của điện áp nguồn. Vì điện áp cuộn cảm tiếp tục chịu ảnh hưởng của điện áp nguồn nên dòng điện không giảm đột ngột, cường độ dòng điện toàn mạch bắt đầu từ 1A (10V / 10Ω) rồi giảm dần (cường độ dòng điện không đổi đột ngột) cho đến khi đạt trạng thái ổn định.

Điều này cũng giống như những gì chúng ta đã nói ở bài trước, cuộn cảm là một thiết bị quán tính trong lĩnh vực điện từ, nó không thích dòng điện thay đổi, và luôn sử dụng năng lượng của chính nó để duy trì trạng thái ban đầu của dòng điện.

Lưu ý rằng không có thiết bị chuyển mạch nào được cố ý đặt trong mạch này, ngay cả khi điện áp của nguồn điện ít nhất là 0V, toàn bộ mạch được bật. Nhưng nếu đặt một công tắc vào mạch điện thì tình huống công tắc tắt khác với tình huống nguồn điện là 0V, chúng ta sẽ phân tích ở phần sau. Bạn có thể tưởng tượng cuộn cảm hoạt động như một thiết bị quán tính của dòng điện, nếu mạch điện bị ngắt đột ngột và dòng điện không có vòng lặp thì điều gì sẽ xảy ra?

Thứ ba, hằng số thời gian của cuộn cảm

Trong mạch LR, để đáp ứng với các thay đổi kích thích bên ngoài (DC), cần một quá trình nhất định để điện áp và dòng điện của cuộn cảm đạt trạng thái ổn định và dạng sóng của nó tuân theo sự thay đổi theo hàm mũ:

Hằng số thời gian τ = L / R. Sau 5 τ, điện áp và dòng điện của cuộn cảm có xu hướng ổn định, đặc biệt đối với điện một chiều, lúc này cuộn cảm tương đương với ngắn mạch, và dòng điện đạt cực đại Imax = V / R.

Trong quá trình đạt trạng thái dừng, cuộn cảm cũng tích năng lượng (biến năng lượng điện thành năng lượng từ trường, ứng với công suất kích từ nói trên biến đổi từ 0V-> 10V) hoặc giải phóng năng lượng (biến đổi năng lượng từ trường thành điện năng, ứng với công suất kích từ nói trên từ 10V- > 0V thay đổi). Vì vậy hằng số này còn được gọi là hằng số điện tích và thời gian phóng điện.

Thứ tư, trở kháng của điện kháng cảm ứng

Giống như điện dung, trở kháng là cần thiết để đo hiệu suất của cuộn cảm dưới các tần số kích thích khác nhau, đặc biệt, đối với mạch thuần cảm, trở kháng là điện kháng cảm ứng.

Công thức tính độ tự cảm và độ tự cảm là X = 2π * f * L. Tần số càng cao thì điện kháng càng lớn.

Ví dụ, nếu chúng ta tăng kích thích nguồn điện trong Hình 2 từ 100Hz lên 1KHz, điều gì sẽ xảy ra?

Trong mạch này, khi tần số tăng lên, có nghĩa là trở kháng của cuộn cảm trở nên lớn hơn, do đó, nhiều điện áp hơn có thể được phân phối cho cuộn cảm và ít điện áp hơn được phân phối cho điện trở. Nhìn từ góc độ khác, nếu điện trở là tải, thì nó không phải là mạch giảm bậc?

5. So sánh độ tự cảm và điện dung (công thức)

Hãy liệt kê so sánh độ tự cảm và điện dung để giúp bạn nhớ:

(Sau toàn văn, công thức trong sách giáo khoa thực sự quan trọng)