Cuộn cảm
1 – Cuộn cảm
1.1 - Cấu tạo của cuộn cảm.
Cuộn cảm gồm một số vòng
dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cách điện, lõi cuộn dây
có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi thép kỹ thuật
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 của 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 của cuộn dây khi
có dòng điện biến thiên chạy qua.
L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 )
/ l
·
L : là hệ số tự cảm của
cuôn dây, đơn vị là Henrry (H)
·
n : là số vòng dây của
cuộn dây.
·
l : là chiều dài của
cuộn dây tính bằng mét (m)
·
S : là tiết diện của
lõi, tính bằng m2
·
µr : là hệ số từ thẩm
của vật liệu làm lõi .
b) Cảm kháng
Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn
dây đối với dòng điện xoay chiều .
ZL = 2.3,14.f.L
·
Trong đó :
ZL là cảm kháng, đơn vị là Ω
·
f : là tần số đơn vị là
Hz
·
L : là hệ số tự cảm ,
đơn vị là Henry
Thí nghiệm về cảm kháng
của cuộn
dây với dòng điện xoay chiều
* Thí nghiệm trên minh họa:
Cuộn dây nối tiếp với bóng đèn sau đó được đấu vào các nguồn điện 12V
nhưng có tần số khác nhau thông qua các công tắc K1, K2 , K3 , khi K1
đóng dòng điện một chiều đi qua cuộn dây mạnh nhất ( Vì ZL = 0 )
=> do đó bóng đèn sáng nhất, khi K2 đóng dòng điện xoay chỉều 50Hz đi qua
cuộn dây yếy hơn ( do ZL tăng ) => bóng đèn sáng yếu đi, khi K3 đóng ,
dòng điện xoay chiều 200Hz đi qua cuộn dây yếu nhất ( do ZL tăng cao nhất)
=> bóng đèn sáng yếu nhất.
=> 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 càng khó, dòng điện một chiều có tần số f = 0 Hz vì
vậy với dòng một chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = 0
c) Điện trở thuần của cuộn dây.
Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở mà ta có
thể đo được bằng đồng
hồ vạn năng, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần
phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần còn gọi là điện trở
tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động.
1.3 - Tính chất nạp , xả của cuộn cảm
* Cuộn dây nạp năng
lương : Khi cho một dòng điện
chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính
theo công thức
W = L.I 2 /
2
·
W : năng lượng ( June )
·
L : Hệ số tự cảm ( H )
·
I dòng điện.
Thí nghiệm về tính nạp
xả của cuộn dây.
Ở thí nghiệm trên : Khi K1 đóng, dòng điện qua
cuộn dây tăng dần ( do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột
ngột ) vì vậy bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2 đóng , năng
lương nạp trong 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.
2 – Loa và Micro
2.1 - Loa ( Speaker )
Loa là một ứng dụng của cuộn dây và từ trường.
Cấu tạo và hoạt động của
Loa ( Speaker )
Cấu tạo của loa :
Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng
vào nhau , cực N ở giữa và cực S ở xung quanh, giữa hai cực tạo thành một khe từ có từ trường khá mạnh, một cuôn dây được gắn với màng loa và được đặt trong khe từ, màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động ra 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 ra từ trường biến thiên và bị từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động => màng loa dao động theo và phát ra âm thanh.
Chú ý :
Tuyệt đối ta không được đưa dòng điện một chiều vào loa , vì dòng điện một chiều chỉ tạo ra từ trường cố định và cuộn dây của loa chỉ lệch về một hướng rồi dừng lại, khi đó dòng một chiều qua cuộn dây tăng mạnh ( do không có điện áp cảm ứng theo chiều ngược lai ) vì vậy cuộn dây sẽ bị cháy .
Micro
Thực chất cấu tạo Micro là một chiếc loa thu
nhỏ, về cấu tạo Micro giống loa nhưng Micro có số vòng quấn trên cuộn dây lớn
hơn loa rất nhiều vì vậy trở kháng của cuộn dây micro là rất lớn khoảng 600Ω
(trở kháng loa từ 4Ω – 16Ω) ngoài ra màng micro cũng được cấu tạo rất mỏng để
dễ dàng dao động khi có âm thanh tác động vào.
Loa là thiết bị để chuyển dòng điện thành âm thanh còn micro thì ngược
lại , Micro đổi âm thanh thành dòng điện âm tần.
2.3 – Rơle (Relay)
Rơ le cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị
điện tử, nguyên lý hoạt động của Rơle là biến đổi dòng điện thành từ trường
thông qua quộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để
thực hiện một động tác về cơ khí như đóng mở công tắc, đóng mở các hành trình
của một thiết bị tự động vv…
Cấu tạo và nguyên lý
hoạt động của Rơ le
3 – Biến áp
3.1 – Cấu tạo của biến áp.
Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao
gồm một cuộn sơ cấp ( đưa điện áp vào ) và một hay nhiều cuộn thứ cấp ( lấy
điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi
ferit .
Ký hiệu của biến áp
3.2 - Tỷ số vòng / vol của bién áp .
·
Gọi n1
và n2 là số vòng của quộn sơ cấp và thứ cấp.
·
U1 và I1 là điện áp và
dòng điện đi vào cuộn sơ cấp
·
U2 và I2 là điện áp và
dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp.
Ta có các hệ thức như sau :
U1 / U2 = n1 / n2 Điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ
lệ thuận với số vòng dây quấn.
U1 / U2 = I2 / I1
Dòng điện ở trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa là
nếu ta lấy ra điện áp càng cao thì cho dòng càng nhỏ.
3. 3 – Công xuất của biến áp .
Công xuất của biến áp phụ thuộc tiết diện của
lõi từ, và phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt
động ở 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 thường gặp trong Cassete, Âmply .. , biến áp này
hoạt động ở 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 ra loa trong
các mạch khuyếch đại công xuất âm tần,biến áp cũng sử dụng lá Tônsilic làm lõi
từ như biến áp nguồn, nhưng lá tônsilic trong biến áp âm tần mỏng hơn để tránh
tổn hao, biến áp âm tần hoạt động ở tần số cao hơn , vì vậy có số vòng vol thấp
hơn, khi 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 là biến áp hoạt động ở tần số cao khoảng vài chục KHz
như biến áp trong các bộ nguồn xung , biến áp cao áp . lõi biến áp xung làm
bằng ferit , do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho công xuất rất 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.
Tính toán thiết kế máy
biến áp cho mạch nghịch lưu.
Như mình có đề cập ở những bài trước phần biến
áp cho mạch nghịch lưu rất quan trọng nó quyết định rất lớn đến công suất của
toàn mạch . Để làm sáng rõ vấn đề này bài hôm nay mình sẽ đưa ra các thông số
cách tính toán làm biến áp cho mạch nghịch lưu 500W .
Biến áp chắc chắn mọi người ít nhiều đã được
học , riêng chuyên nghành điện tử của chúng ta thì chắc ai cũng đã được thực
hành rồi . Nhưng khi làm chúng ta có hiểu tại sao biến áp quấn bao nhiêu vòng ,
tiết diện dây ra sao , chắc rất ít người biết được điều này
Đầu tiên bạn cần các định lõi của máy biến áp
, cái này rất quan trọng
Thiết diện có ích S
của lõi thép, tính bằng cm2: bằng thiết diện vật lý (dài * rộng) nhân với hệ số
ghép.
S=a*b*kg
Kg từ 0,85 đến 0,95, tùy chất lượng lõi thép và tùy tay nghề của bạn. Mới làm
lần đầu thì tính thấp một chút cho an toàn. Thiết diện này dùng làm cơ sở để
tính cho các bước sau.
Công suất máy biến áp : S=1,2√ P (căn) suy ra
P=S^2/1.44 (S bình chia 1,44)
vậy để công suất tầm
500W trở lên thì lõi sẽ là S=1,2 x sprt(500)=26,83(cm2)
chiều dài , chiều rộng của lõi sẽ là , 3,5 cm và 7,7 cm
Dòng cuộn sơ cấp : I=P/Us (U sơ cấp)
Ở đây mạch 500W dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp
sẽ là : 500/12 =41A
Thiết diện dây sơ cấp:
Asc = 2,5/I1 (2,5 là mật độ dòng điện).
Đường kính dây sơ cấp: Asc=π dsc^2/4. (n nhân d sơ cấp bình phương chia 4)
dsc= √ (4Asc/π)
(π=3,14)
với mạch 500W của chúng ta thì :
thiết diện Asc =
2,5/41=0,061
đường kính của dây là: sprt((4 x 0,061)/3,14)= 0,279 cm ở đây chúng ta chọn dây
3mm hay 3 li
từ mối quan hệ giữa các đại lượng I , U và N
ta có :
suy ra I bên thứ cấp là: (12x 41) /220 = 2,24
A
Thiết diện dây thứ
cấp: atc = 2,5/I2
Đường kính dây thứ cấp: Atc=π dtc^2/4.
dtc= √ (4Atc/π)
suy ra d=0.8(mm)
Số vòng cần quấn cho cuộn sơ cấp
N sơ = (K x U sơ) /S +sai số
Số vòng bên thứ cấp:
N thứ = (K x U thứ) /S +sai số
với K là hệ số biến áp
thường lấy trong khoảng 38 đến 45
nếu là biến áp của nhật thì chọn 38 riêng hàng việt nam , trung quốc thì nên
dùng 45
lưu ý mạch nghịch lưu có sự sụt áp trên tran
nên điện áp vào sơ cấp k được 12 V chúng ta quấn phần sơ mỗi bên 11 V là ok
Vậy ở đây :
bên sơ cấp số vòng là : 45/26.83 x 11+ sai số =20( vòng)
bên thứ cấp là : 45/26.83 x220= 370 vòng
tổng hợp phần tính toán ở trên thì cần biến áp
500W ta cần các thông số sau :
chiều dài lõi 7,7cm
rộng 3,5 cm
sơ cấp quấn 2 cuộn mõi cuộn 20 vòng dây 3mm
thứ cấp quấn 370 vòng dây 0,8mm
trên là những tính
toán trên lý thuyết , thực tế thì tùy từng vật liệu sản xuất lõi , dây quấn ,
sẽ có sai số nhất định
Mọi người xem tham khảo và thiết kế bộ biến áp cho riêng mình
Chúc thành công
Tác dụng của biến áp xung
Biến áp xung là biến
áp hoạt động ở tần số cao khoảng vài chục KHz như
biến áp trong các bộ nguồn xung , biến áp cao áp . lõi biến áp xung làm bằng
ferit , do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho công xuất rất 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.
Biến áp xung biến đổi điện áp xung hay cường độ xung. Số vòng dây của
biến áp xung thường ít. Lõi của biến áp xung là ferit hay hợp kim pemeloïd
trong khi lõi của biến áp thường là thép silic. Biến áp xung cộng các tín hiệu
xung, biến đổi cực tính của các xung và lọc bỏ thành phần một chiều của dòng
điện. Biến áp xung làm tăng biên độ điện áp hoặc dòng mà vẫn duy trì được dạng
xung ban đầu, không bị méo.Độ dài xung (ở các máy điều khiển tự động) vào
khoảng 0.1 μs, ngắn hơn chu kỳ của điện lưới hàng triệu lần, nghĩa là tần số
lớn gấp hàng triệu lần, đến MHz.
Các biến áp trong sạc điện thoại và máy tính bây giờ đều xài biến áp xung. Nó
có thêm 1 bộ băm xung ở tần số cao nữa, nếu xài xoay chiều thì dùng triac băm
xoay chiều còn nếu dùng 1 chiều thì đưa về 1 chiều rồi băm. có thể dùng VDK
hoặc mạch xung số. Các máy biến áp bình thường theo lý thuyết thì khi hạ áp
xuống 1/2 thì dòng tăng gấp đôi suy ra công suất VA không đổi, nhưng thực chất
do khả năng chịu tải của máy biến áp thấp( do cấu tạo, lõi, vỏ, khả năng tải
nhiệt, và do tiết diện dây đồng...) nên thành ra.......công suất sẽ thấp hơn.
Riêng biến áp xung thì số vòng dây ít hơn và tiết diện dây lớn hơn. kết hợp băm
xung nên.....công suất cao nhỏ gọn và nhẹ hơn.
Mọi thắc mắc vui lòng liên hệ qua:
Facebook: Rid HaUI
Gmail: dienturid@gmail.com
