Hiện tượng hỗ cảm là gì

Hiện tượng hỗ cảm (độ tự cảm tương hỗ) là sự tương tác của một cuộn từ trường trên một cuộn dây khác khi nó tạo ra một điện áp trong cuộn dây liền kề.

Trong hướng dẫn trước, chúng ta đã thấy rằng một cuộn cảm tạo ra một emf cảm ứng bên trong chính nó là kết quả của từ trường thay đổi xung quanh các lượt của chính nó. Khi emf này được cảm ứng trong cùng một mạch trong đó dòng điện thay đổi, hiệu ứng này được gọi là Tự cảm ứng , (L).

Tuy nhiên, khi emf được cảm ứng thành một cuộn liền kề nằm trong cùng một từ trường, emf được cho là được cảm ứng từ, cảm ứng hoặc bởi Hiện tượng hỗ cảm , ký hiệu (M). Sau đó, khi hai hoặc nhiều cuộn dây được liên kết từ tính với nhau bằng một từ thông chung, chúng được cho là có tính chất của cuộn cảm tương hỗ .

Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng hoạt động cơ bản của máy biến áp, động cơ, máy phát điện và bất kỳ thành phần điện nào khác tương tác với từ trường khác. Sau đó, chúng ta có thể định nghĩa cảm ứng tương hỗ là dòng điện chạy trong một cuộn dây tạo ra một điện áp trong một cuộn dây liền kề.

Nhưng độ tự cảm tương hỗ cũng có thể là một điều tồi tệ vì độ tự cảm của dòng điện từ bộ lạc và bộ lọc rò rỉ từ cuộn dây có thể cản trở hoạt động của một thành phần lân cận khác bằng phương pháp cảm ứng điện từ, do đó có thể cần một số hình thức sàng lọc điện đối với điện thế mặt đất.

Hiện tượng hỗ cảm hình thành từ liên kết một cuộn dây này với một cuộn dây khác phụ thuộc rất nhiều vào vị trí tương đối của hai cuộn dây. Nếu một cuộn dây được đặt bên cạnh cuộn dây kia sao cho khoảng cách vật lý của chúng nhỏ, thì gần như toàn bộ từ thông do cuộn thứ nhất tạo ra sẽ tương tác với các cuộn dây của cuộn thứ hai tạo ra một emf tương đối lớn và do đó tạo ra một giá trị tự cảm tương hỗ lớn.

Tương tự, nếu hai cuộn dây cách xa nhau hoặc ở các góc khác nhau, lượng từ thông cảm ứng từ cuộn thứ nhất vào cuộn thứ hai sẽ yếu hơn tạo ra một emf cảm ứng nhỏ hơn nhiều và do đó giá trị hiện tượng hỗ cảm nhỏ hơn nhiều. Vì vậy, ảnh hưởng của hiện tượng hỗ cảm phụ thuộc rất nhiều vào vị trí hoặc khoảng cách tương đối, (S) của hai cuộn dây và điều này được thể hiện dưới đây.

Hiện tượng hỗ cảm giữa các cuộn dây

Độ tự cảm tương hỗ tồn tại giữa hai cuộn dây có thể được tăng lên rất nhiều bằng cách đặt chúng trên lõi sắt mềm thông thường hoặc bằng cách tăng số vòng quay của một trong hai cuộn dây như trong máy biến áp.

Nếu hai cuộn dây được buộc chặt nhau, thì một cuộn dây liên kết lõi sắt mềm thông thường được cho là tồn tại giữa chúng vì mọi tổn thất do rò rỉ từ thông sẽ rất nhỏ. Sau đó, giả sử một liên kết từ thông hoàn hảo giữa hai cuộn dây, độ tự cảm tương hỗ tồn tại giữa chúng có thể được đưa ra là.

• Ở đâu:
•         Tổ hợp _o là tính thấm của không gian trống (4.π.10 ^-7 )
•         Chuẩn _r là tính thấm tương đối của lõi sắt mềm
•         N là số vòng quay
•         A nằm trong diện tích mặt cắt ngang trong m ²
•         l là chiều dài cuộn tính bằng mét

Cấu tạo hiện tượng hỗ cảm

Ở đây dòng điện chạy trong cuộn dây một, L ₁ tạo ra một từ trường xung quanh chính nó với một số dòng từ trường này đi qua cuộn dây thứ hai, L ₂ cho chúng ta độ tự cảm tương hỗ. Cuộn một có dòng I ₁ và N ₁ quay trong khi cuộn thứ hai có N ₂ lượt. Do đó, độ tự cảm tương hỗ, M ₁₂ của cuộn hai tồn tại đối với cuộn một phụ thuộc vào vị trí của chúng đối với nhau và được cho là:

Tương tự, từ thông liên kết cuộn dây một, L ₁ khi một dòng điện chạy quanh cuộn dây hai, L ₂ hoàn toàn giống với từ thông liên kết cuộn dây hai khi cùng một dòng điện chạy quanh cuộn dây một ở trên, sau đó hiện tượng hỗ cảm của cuộn dây một đối với cuộn hai được định nghĩa là M ₂₁ . Hiện tượng hỗ cảm này là đúng bất kể kích thước, số vòng, vị trí tương đối hoặc hướng của hai cuộn dây. Bởi vì điều này, chúng tôi có thể viết cảm lẫn nhau giữa hai cuộn dây như: M ₁₂ = M ₂₁ = M .

Sau đó chúng ta có thể thấy rằng tự cảm đặc trưng một cuộn cảm là một yếu tố mạch duy nhất, trong khi biểu thị tự cảm tương hỗ một số hình thức ghép từ giữa hai cuộn cảm hoặc cuộn, tùy thuộc vào khoảng cách và sự sắp xếp của họ, một hy vọng chúng ta nhớ từ hướng dẫn của chúng tôi về châm điện mà tự độ tự cảm của từng cuộn dây riêng lẻ được đưa ra là:

và

Bằng cách nhân chéo hai phương trình trên, hiện tượng hỗ cảm, M tồn tại giữa hai cuộn dây có thể được biểu thị theo độ tự cảm của mỗi cuộn dây.

cho chúng ta một biểu thức cuối cùng và phổ biến hơn cho hiện tượng hỗ cảm giữa hai cuộn dây của:

Độ tự cảm tương hỗ giữa các cuộn dây

Tuy nhiên, phương trình trên giả định rò rỉ từ thông bằng 0 và khớp nối từ tính 100% giữa hai cuộn dây, L ₁ và L ₂ . Trong thực tế sẽ luôn có một số tổn thất do rò rỉ và vị trí, do đó, khớp nối từ tính giữa hai cuộn dây không bao giờ có thể đạt hoặc vượt quá 100%, nhưng có thể trở nên rất gần với giá trị này trong một số cuộn dây cảm ứng đặc biệt.

Nếu một số trong tổng số từ thông liên kết với hai cuộn dây, lượng liên kết từ thông này có thể được định nghĩa là một phần của tổng liên kết từ thông có thể có giữa các cuộn. Giá trị phân số này được gọi là hệ số ghép và được đưa ra chữ k .

Hệ số ghép

Nói chung, lượng khớp nối cảm ứng tồn tại giữa hai cuộn dây được biểu thị bằng một số phân số giữa 0 và 1 thay vì giá trị phần trăm ( % ), trong đó 0 chỉ ra 0 hoặc không khớp nối cảm ứng, và 1 chỉ ra khớp nối cảm ứng đầy đủ hoặc tối đa.

Nói cách khác, nếu k = 1 hai cuộn dây được ghép hoàn hảo, nếu k> 0,5 thì hai cuộn dây được cho là được liên kết chặt chẽ và nếu k <0,5 thì hai cuộn dây được cho là lỏng lẻo. Sau đó, phương trình trên giả định một khớp nối hoàn hảo có thể được sửa đổi để tính đến hệ số khớp nối này, k và được đưa ra như sau:

Yếu tố khớp nối giữa các cuộn dây

hoặc là

Khi hệ số ghép, k bằng 1 , (đơn vị) sao cho tất cả các dòng từ thông của một cuộn dây cắt tất cả các vòng của cuộn thứ hai, đó là hai cuộn dây được liên kết chặt chẽ với nhau, kết quả sẽ có độ tự cảm tương hỗ bằng giá trị trung bình hình học của hai cuộn cảm riêng lẻ của cuộn dây.

Ngoài ra khi độ tự cảm của hai cuộn dây bằng nhau và bằng nhau, L ₁ bằng L ₂ , độ tự cảm tương hỗ tồn tại giữa hai cuộn dây sẽ bằng giá trị của một cuộn dây vì căn bậc hai của hai giá trị bằng nhau là như nhau như một giá trị duy nhất như được hiển thị.

Ví dụ về hiện tượng hỗ cảm

Hai cuộn cảm có độ tự cảm được đưa ra lần lượt là 75mH và 55mH, ​​được đặt cạnh nhau trên lõi từ tính chung sao cho 75% dòng từ thông từ cuộn thứ nhất đang cắt cuộn thứ hai. Tính tổng hiện tượng hỗ cảm tồn tại giữa hai cuộn dây.

Ví dụ về độ tự cảm tương hỗ

Khi hai cuộn dây có độ tự cảm lần lượt là 5H và 4H được quấn đồng đều vào lõi không từ tính, người ta thấy rằng hiện tượng hỗ cảm của chúng là 1,5H. Tính hệ số ghép tồn tại giữa.

Trong hướng dẫn tiếp theo về cuộn cảm, chúng ta xem xét kết nối các cuộn cảm với nhau trong sê-ri và ảnh hưởng của sự kết hợp này đến các hiện tượng hỗ cảm, độ tự cảm tổng và điện áp cảm ứng của chúng.