Cách tính điện cảm

Giống như một cơ thể có khối lượng trong cơ học chống lại gia tốc trong không gian, biểu hiện quán tính, do đó, độ tự cảm ngăn dòng điện trong dây dẫn thay đổi, biểu hiện EMF tự cảm ứng. Đây là EMF của hiện tượng tự cảm ứng, phản đối cả việc giảm dòng điện, cố gắng duy trì nó và tăng dòng điện, cố gắng giảm nó.

Thực tế là trong quá trình thay đổi (tăng hoặc giảm) dòng điện trong mạch, từ thông do dòng điện này tạo ra cũng thay đổi, cục bộ chủ yếu trong vùng giới hạn bởi mạch này. Và khi từ thông tăng hoặc giảm, nó tạo ra một EMF tự cảm ứng (theo quy tắc Lenz - chống lại nguyên nhân gây ra nó, tức là chống lại dòng điện đã đề cập ở phần đầu), tất cả đều trong cùng một mạch. Độ tự cảm L ở đây được gọi là hệ số tỉ lệ giữa dòng điện I và từ thông tổng Φ, dòng điện này sinh ra bởi:

Vì vậy, độ tự cảm của mạch càng cao thì từ trường tạo thành càng mạnh, nó ngăn dòng điện thay đổi (chính trường tạo ra nó) và do đó dòng điện sẽ mất nhiều thời gian hơn để thay đổi qua độ tự cảm lớn hơn, với cùng một hiệu điện thế đặt vào. Phát biểu sau đây cũng đúng: độ tự cảm càng cao thì điện áp trên mạch càng lớn khi từ thông qua nó thay đổi.

Giả sử chúng ta thay đổi từ thông trong một vùng nhất định với tốc độ không đổi, sau đó bằng cách phủ vùng này bằng các mạch khác nhau, chúng ta sẽ nhận được nhiều điện áp hơn trên mạch có độ tự cảm lớn hơn (máy biến áp, cuộn dây Rumkorf, v.v. hoạt động theo nguyên tắc này).

Nhưng điện cảm vòng được tính như thế nào? Làm thế nào để tìm hệ số tỉ lệ giữa dòng điện và từ thông? Điều đầu tiên cần nhớ là độ tự cảm thay đổi theo henry (H). Tại các đầu của mạch có độ tự cảm 1 henry, nếu dòng điện trong đó thay đổi một ampe mỗi giây thì sẽ xuất hiện điện áp 1 vôn.

Độ lớn của điện cảm phụ thuộc vào hai tham số: vào kích thước hình học của mạch (chiều dài, chiều rộng, số vòng dây, v.v.) và vào đặc tính từ của môi trường (ví dụ: nếu có lõi ferit bên trong cuộn dây, độ tự cảm của nó sẽ lớn hơn nếu không có lõi bên trong).

Để tính toán độ tự cảm được tạo ra, cần phải biết bản thân cuộn dây sẽ có hình dạng như thế nào và môi trường bên trong nó sẽ có độ thấm từ tính như thế nào (độ từ thẩm tương đối của môi trường là hệ số tỷ lệ giữa độ thấm từ của chân không và từ trường). tính thấm của một môi trường nhất định.Tất nhiên, nó khác nhau đối với các vật liệu khác nhau)…

Hãy xem xét các công thức tính độ tự cảm của các dạng cuộn dây phổ biến nhất (điện từ hình trụ, hình xuyến và dây dài).

Đây là công thức tính độ tự cảm điện từ - cuộn dây có chiều dài lớn hơn nhiều so với đường kính:

Như bạn có thể thấy, khi biết số vòng dây N, chiều dài của cuộn dây l và diện tích tiết diện của cuộn dây S, chúng ta tìm được độ tự cảm gần đúng của cuộn dây không có lõi hoặc có lõi, trong khi từ độ thấm của chân không là một giá trị không đổi:

Độ tự cảm của cuộn dây hình xuyến, trong đó h là chiều cao của hình xuyến, r là đường kính trong của hình xuyến, R là đường kính ngoài của hình xuyến:

Độ tự cảm của một sợi dây mỏng (bán kính của mặt cắt nhỏ hơn nhiều so với chiều dài), trong đó l là chiều dài của dây và r là bán kính của mặt cắt ngang của nó. Mu với các chỉ số i và e là độ từ thẩm tương đối của môi trường bên trong (bên trong, vật liệu dẫn điện) và môi trường bên ngoài (bên ngoài, vật liệu bên ngoài dây dẫn):

Một bảng các hằng số điện môi tương đối sẽ giúp bạn ước tính độ tự cảm mà bạn có thể mong đợi từ một mạch (dây dẫn, cuộn dây) sử dụng một vật liệu từ tính nhất định làm lõi: