Cảm Kháng Của Cuộn Cảm - Học Điện Tử - Sen Tây Hồ

Cho đến nay chúng ta đã xem xét hoạt động của các cuộn cảm được kết nối với nguồn cung cấp DC và hy vọng bây giờ chúng ta biết rằng khi đặt điện áp một chiều qua cuộn cảm, sự tăng trưởng của dòng điện qua nó không phải là tức thì mà được xác định bởi các cuộn cảm tự cảm. hoặc trở lại giá trị sức điện động. Hãy tham khảo với Mobitool nhé.

Ngoài ra, chúng tôi thấy rằng dòng điện cuộn cảm tiếp tục tăng cho đến khi nó đạt đến điều kiện trạng thái ổn định tối đa sau năm hằng số thời gian. Dòng điện tối đa chảy qua một cuộn dây cảm ứng được giới hạn bởi phần điện trở của các cuộn dây cuộn dây trong Ohms, và như chúng ta đã biết từ luật Ohms, điều này được xác định bằng tỷ lệ giữa điện áp quá dòng, V / R .

Khi đặt một điện áp xoay chiều qua cuộn cảm, dòng điện chạy qua nó hoạt động rất khác với dòng điện một chiều được đặt vào. Hiệu ứng của nguồn cung cấp hình sin tạo ra sự lệch pha giữa dạng sóng điện áp và dòng điện. Bây giờ trong mạch điện xoay chiều, sự đối nghịch với dòng điện chạy qua các cuộn dây cuộn dây không chỉ phụ thuộc vào độ tự cảm của cuộn dây mà còn phụ thuộc vào tần số của dạng sóng xoay chiều.

Sự đối lập của dòng điện chạy qua cuộn dây trong mạch điện xoay chiều được xác định bởi điện trở xoay chiều, thường được gọi là Trở kháng (Z), của mạch. Nhưng điện trở luôn gắn liền với mạch DC vì vậy để phân biệt điện trở DC với điện trở AC, thuật ngữ trở kháng thường được sử dụng.

Cũng giống như điện trở, giá trị của điện trở cũng được đo bằng Ohm nhưng được ký hiệu X , (chữ hoa “X”), để phân biệt với giá trị điện trở thuần .

Vì thành phần mà chúng ta quan tâm là một cuộn cảm, do đó, điện trở của một cuộn cảm được gọi là “cảm kháng”. Nói cách khác, điện trở cuộn cảm khi được sử dụng trong mạch điện xoay chiều được gọi là Cảm Kháng .

Cảm Kháng được ký hiệu X L , là đặc tính trong mạch xoay chiều chống lại sự thay đổi của dòng điện. Trong phần hướng dẫn của chúng tôi về Tụ điện trong Mạch AC, chúng tôi đã thấy rằng trong một mạch thuần điện dung, dòng điện I C ” Sớm pha ” điện áp bằng 90 o . Trong mạch điện xoay chiều thuần cảm thì điều hoàn toàn ngược lại là đúng, dòng điện I L “trễ pha” điện áp đặt vào bằng 90 o , hoặc (π / 2 rads).

Mục lục

• 0.1 Cuộn cảm trong mạch AC
• 0.2 Sơ đồ pha cảu cuộn cảm trong mạch AC
• 0.3 Cảm kháng của cuộn cảm
• 0.4 Cảm kháng của cuộn cảm chống lại tần số
• 1 Ví dụ về Cảm kháng của cuộn cảm số 1
• 2 Nguồn cung cấp AC qua mạch LR
  • 2.1 Mạch điện xoay chiều LR nối tiếp
  • 2.2 Tam giác trở kháng
• 3 Ví dụ về Cảm kháng của cuộn cảm số 2
• 4 Tam giác công suất của cuộn cảm AC
  • 4.1 Tam giác công suất

Cuộn cảm trong mạch AC

Trong đoạn mạch thuần cảm trên, cuộn cảm mắc trực tiếp qua nguồn điện xoay chiều. Khi điện áp nguồn tăng và giảm theo tần số, Phản sức điện động tự cảm cũng tăng và giảm trong cuộn dây theo sự thay đổi này.

Chúng ta biết rằng sức điện động tự cảm này tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của dòng điện qua cuộn dây và lớn nhất khi điện áp nguồn chuyển từ nửa chu kỳ dương sang nửa chu kỳ âm của nó hoặc ngược lại tại các điểm, 0 o và 180 o dọc theo sóng sin.

Do đó, tốc độ thay đổi điện áp nhỏ nhất xảy ra khi sóng sin AC truyền qua ở mức điện áp đỉnh cực đại hoặc cực tiểu của nó. Tại các vị trí này trong chu kỳ dòng điện cực đại hoặc cực tiểu chạy qua mạch cuộn cảm và điều này được thể hiện bên dưới.

Bạn có thể tìm đọc thêm các bài viết kiến thức điện tử cơ bản tại link in đậm ở bên!

Sơ đồ pha cảu cuộn cảm trong mạch AC

Các dạng sóng điện áp và dòng điện này cho thấy rằng đối với mạch thuần cảm, dòng điện trễ hơn điện áp một góc 90 o . Tương tự như vậy, chúng ta cũng có thể nói rằng điện áp dẫn dòng bằng 90 o . Dù bằng cách nào thì biểu thức chung là dòng điện bị trễ như được hiển thị trong biểu đồ vectơ. Ở đây vectơ dòng điện và vectơ điện áp được hiển thị dịch chuyển 90 o . Dòng điện trễ hơn điện áp .

Chúng tôi cũng có thể viết là, V L = 0 o và tôi L = -90 o đối với điện áp, với V L . Nếu dạng sóng điện áp được phân loại là sóng sin thì dòng điện, I L có thể được xếp vào loại cosin âm và chúng ta có thể xác định giá trị của dòng điện tại bất kỳ thời điểm nào như sau:

Trong đó: ω tính bằng radian trên giây và t tính bằng giây.

Vì dòng điện luôn trễ hơn hiệu điện thế 90 o trong mạch thuần cảm nên ta có thể tìm pha của dòng điện bằng cách biết pha của điện áp hoặc ngược lại. Vì vậy, nếu chúng ta biết giá trị của V L , thì I L phải trễ 90 o . Tương tự, nếu chúng ta biết giá trị của I L thì V L do đó phải dẫn bằng 90 o . Khi đó tỉ số giữa điện áp và cường độ dòng điện trong mạch cảm ứng này sẽ tạo ra một phương trình xác định suất điện động cảm ứng , X L của cuộn dây.

Cảm kháng của cuộn cảm

Chúng ta có thể viết lại phương trình trên cho Cảm kháng của cuộn cảm thành một dạng quen thuộc hơn sử dụng tần số thông thường của nguồn cung cấp thay vì tần số góc tính bằng radian, ω và điều này được cho là:

Trong đó: ƒ là tần số và L là độ tự cảm của cuộn dây và 2πƒ = ω .

Từ phương trình trên cho điện kháng cảm ứng, có thể thấy rằng nếu một trong hai Tần số hoặc Điện cảm được tăng lên thì giá trị điện kháng cảm ứng tổng thể cũng sẽ tăng lên. Khi tần số tiến gần đến vô cùng, điện trở của cuộn cảm cũng sẽ tăng đến vô cùng hoạt động giống như một mạch hở.

Tuy nhiên, khi tần số tiến gần đến 0 hoặc DC, điện kháng của cuộn cảm sẽ giảm xuống 0, hoạt động giống như ngắn mạch. Điều này có nghĩa là khi đó điện kháng cảm ứng là “tỷ lệ thuận” với tần số.

Nói cách khác, điện kháng cảm ứng tăng theo tần số dẫn đến X L nhỏ ở tần số thấp và X L cao ở tần số cao và điều này được thể hiện trong đồ thị sau:

Cảm kháng của cuộn cảm chống lại tần số

Độ dốc cho thấy rằng “Cảm kháng của cuộn cảm” của một cuộn cảm tăng khi tần số cung cấp trên nó tăng lên.

Do đó Cảm kháng của cuộn cảm tỷ lệ với tần số cho: ( X L α ƒ )

Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng ở DC một cuộn cảm có điện kháng bằng không (ngắn mạch), ở tần số cao một cuộn cảm có điện kháng vô hạn (hở mạch).

Ví dụ về Cảm kháng của cuộn cảm số 1

Một cuộn dây có độ tự cảm 150mH và điện trở bằng không được nối với nguồn điện 100V, tần số 50Hz. Tính cảm kháng của cuộn dây và cường độ dòng điện chạy qua nó.

Nguồn cung cấp AC qua mạch LR

Cho đến nay chúng ta vẫn coi là cuộn dây thuần cảm, nhưng không thể có điện cảm thuần vì tất cả các cuộn dây, rơle hoặc cuộn dây điện trở sẽ có một lượng điện trở nhất định bất kể nhỏ đến mức nào liên quan đến các cuộn dây đang được sử dụng. Sau đó, chúng ta có thể coi cuộn dây đơn giản của chúng ta là một điện trở mắc nối tiếp với một điện cảm.

Trong một mạch AC có chứa cả hai điện cảm, L và điện trở R ,điện áp V sẽ là tổng phasor của hai điện áp thành phần, V R và V L . Điều này có nghĩa sau đó dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ vẫn tụt điện áp, nhưng bởi một số tiền ít hơn 90 o phụ thuộc vào giá trị của V R và V L .

Góc pha mới giữa điện áp và dòng điện được gọi là góc pha của mạch và được ký hiệu bằng tiếng Hy Lạp là phi, Φ .

Để có thể tạo ra một giản đồ vectơ về mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện, cần phải tìm một thành phần tham chiếu hoặc chung. Trong đoạn mạch RL mắc nối tiếp, dòng điện là dòng điện chung chạy qua mỗi linh kiện. Vectơ của đại lượng tham chiếu này thường được vẽ theo chiều ngang từ trái sang phải.

Từ các hướng dẫn của chúng tôi về điện trở và tụ điện, chúng ta biết rằng dòng điện và điện áp trong mạch điện trở xoay chiều đều “cùng pha” và do đó vectơ, V R được vẽ chồng lên nhau để chia tỷ lệ trên dòng điện hoặc đường tham chiếu.

Ở trên, chúng ta cũng biết rằng dòng điện làm chậm điện áp trong mạch thuần cảm và do đó vectơ, V L được vẽ 90 o ở phía trước tham chiếu dòng điện và có cùng thang với V R và điều này được hiển thị bên dưới.

Mạch điện xoay chiều LR nối tiếp

Trong biểu đồ vectơ trên, có thể thấy rằng dòng OB biểu diễn dòng điện tham chiếu, dòng OA là điện áp của thành phần điện trở và cùng pha với dòng điện. Đường OC hiển thị điện áp cảm ứng ở phía trước 90 o so với dòng điện, do đó có thể thấy rằng dòng điện trễ hơn điện áp 90 o . Đường OD cung cấp cho chúng ta kết quả hoặc điện áp cung cấp trên toàn mạch. Tam giác điện áp được suy ra từ định lý Pythagoras và được cho là:

Trong mạch điện một chiều, tỉ số giữa điện áp và dòng điện được gọi là cảm kháng. Tuy nhiên, trong mạch điện xoay chiều, tỷ lệ này được gọi là Trở kháng , Z với đơn vị lại là Ohms. Trở kháng là tổng trở kháng đối với dòng điện trong “mạch xoay chiều” có chứa cả điện trở và điện kháng cảm ứng.

Nếu chúng ta chia các cạnh của tam giác điện áp trên cho dòng điện, ta sẽ thu được một tam giác khác có các cạnh biểu thị điện trở, điện kháng và trở kháng của cuộn dây. Tam giác mới này được gọi là “Tam giác trở kháng”

Tam giác trở kháng

Ví dụ về Cảm kháng của cuộn cảm số 2

Một cuộn dây điện từ có điện trở 30 Ohms và độ tự cảm 0,5H. Nếu cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây là 4 ampe. Tính toán,

a) Điện áp của nguồn nếu tần số là 50Hz.

b) Góc pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện.

Tam giác công suất của cuộn cảm AC

Có một loại cấu hình tam giác khác mà chúng ta có thể sử dụng cho mạch cảm ứng và đó là “Tam giác công suất”. Công suất trong mạch cảm ứng được gọi là Công suất phản kháng hoặc phản kháng vôn-amps , ký hiệu Var được đo bằng vôn-ampe. Trong đoạn mạch xoay chiều RL nối tiếp, dòng điện trễ pha một góc Φ o .

Trong mạch điện xoay chiều thuần cảm, dòng điện sẽ lệch pha 90 o so với điện áp nguồn. Như vậy, tổng công suất phản kháng do cuộn dây tiêu thụ sẽ bằng 0 vì mọi công suất tiêu thụ đều bị triệt tiêu bởi công suất emf tự cảm sinh ra. Nói cách khác, công suất thực tính bằng oát do cuộn cảm thuần tiêu thụ ở cuối một chu kỳ hoàn chỉnh bằng 0, vì năng lượng vừa được lấy từ nguồn cung cấp vừa được trả lại cho nó.

Công suất phản kháng, ( Q ) của cuộn dây có thể được cho là: I 2 x X L (tương tự như I 2 R trong mạch điện một chiều). Khi đó ba cạnh của tam giác công suất trong mạch điện xoay chiều được biểu diễn bằng công suất biểu kiến, ( S ), công suất thực, ( P ) và công suất phản kháng ( Q ) như hình vẽ.

Tam giác công suất

Lưu ý rằng một cuộn cảm thực tế hoặc cuộn dây sẽ tiêu thụ năng lượng trong watt do trở kháng của cuộn dây tạo ra một trở kháng, Z .