Cuộn cảm là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng như thế nào?

Cuộn cảm là thiết bị điện không thể thiếu trong hoạt động vận hành sản phẩm. Chúng là linh kiện điện tử thụ động. Về cấu tạo, cuộn cảm gồm nhiều cuộn dây dẫn quấn thành nhiều vòng khác nhau. Chi tiết những thắc mắc về phân vân của nhiều người như cuộn cảm là gì, cấu tạo và tính ứng dụng trong cuộc sống như thế nào? Các bạn hãy cùng tìm hiểu chi tiết về điều này trong bài viết này nhé!

Về khái niệm: Cuộn cảm là gì?

Đặc điểm nổi bật của cuộn cảm bởi việc dòng điện chạy qua cuộn dây có thể sinh ra từ trường. Hiện nay, chất liệu lõi thường là không khí hoặc vật liệu dẫn từ. Đơn vị của độ tự cảm được đặt tên một nhà vật lý nổi tiếng là Henry. 

Cuộn cảm có một số tên gọi khác như cuộn từ, cuộn từ cảm. Đây là linh kiện hoạt động thụ động từ dây dẫn. 

Cấu tạo và phân loại cuộn cảm có đặc điểm gì?

Hiện nay, cuộn cảm được phân thành nhiều loại. Dựa trên các căn cứ như cấu tạo và phạm vi ứng dụng để có cách phân chia này, cụ thể:

• Cuộn cảm âm tần
• Cuộn cảm trung tần
• Cuộn cảm cao tần

Trong đó, cuộn cảm âm tần và cao tần gồm một hoặc một số vòng dây quấn tạo thành nhiều vòng. Dây cuốn cần đảm bảo điều kiện được sơn cách điện. Các chất liệu cơ bản của lõi cuộn dây thường là không khí hoặc vật liệu cách dẫn từ.

Xét về hình dáng, cuộn cảm gồm có loại cắm và loại dán. Trong khi đó về cấu tạo, có thể được chia thành loại có lõi và loại không lõi. Xét về ứng dụng, chúng có cuộn cao tần và âm tần. 

Hiện nay, các cuộn cảm có tính chất của một cuộn dây cảm ứng điện từ. 

Nguyên lý hoạt động cuộn cảm là gì?

Chúng ta đều biết dòng điện 1 chiều có cường độ và chiều không đổi. Cuộn dây hoạt động tương tự như một điện trở với điện kháng không đáng kể. Lúc này, dòng điện sẽ sinh ra một từ trường với cường độ và chiều không thay đổi.

Khi mắc một mạch xoay chiều vào cuộn dây. Lúc này, dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường. Chúng biến thiên và tạo ra một điện trường biến thiên. Song có đặc điểm chính là luôn vuông góc với từ trường. Hiện nay, tần số của dòng xoay chiều là yếu tố ảnh hưởng đến cảm kháng của cuộn dây. 

Thông số kỹ thuật của cuộn cảm

Thông số kỹ thuật của cuộn cảm giúp khách hàng sử dụng cuộn cảm hiệu quả hơn. Một số chỉ số bạn cần quan tâm gồm:

• Hệ số tự cảm: Đại lượng thể hiện cuộn dây khi nó đáp ứng với từ trường bên ngoài và điện trường. 
• Nội trở của cuộn dây
• Khả năng tải dòng điện

Cuộn cảm có khả năng lọc nhiễu tốt cho các dòng điện 1 chiều ở các mức tần số khác nhau. Chúng có thể giúp ổn định dòng. Từ đó, ứng dụng trong các mạch lọc tần số.

Tìm hiểu về các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm

Đại lượng 1: Hệ số tự cảm 

Hệ số tự cảm phản ánh sức điện động cảm ứng của cuộn dây, khi dòng điện biến thiên chạy qua. 

Công thức xác định hệ số tự cảm là: L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l

Trong đó, các đại lượng được ký hiệu trong công thức phản ảnh:

• L : là hệ số tự cảm có đơn vị là Henrry (H)
• n : là số vòng dây của cuộn dây dẫn
• l : là chiều dài của cuộn dây tính bằng đơn vị chuẩn là mét (m)
• S : là tiết diện của lõi tính theo đơn vị chuẩn bằng m2
• µr : là hệ số từ thẩm của vật liệu tạo nên lõi dây

Đại lượng 2: Cảm kháng

Đại lượng thể hiện/ phản ảnh sự cản trở dòng điện của cuộn dây chính là cảm kháng. Chúng thể hiện điều này trong dòng điện xoay chiều. Công thức xác định được biểu diễn như sau: 

ZL = 2.314.f.L

Các đại lượng trong công thức thể hiện điều gì?

• ZL là cảm kháng có đơn vị là Ω
• f : là tần số của cuộn cảm với đơn vị là Hz
• L : là hệ số tự cảm có đơn vị là Henry

Điện trở thuần của cuộn dây là gì?

Điện trở thuần càng nhỏ thì càng tốt, bởi điều này sẽ giúp giảm khả năng sinh ra nhiệt trong trường hợp dây dẫn hoạt động. Đồng hồ vạn năng là thiết bị dùng để đo điện trở thuần. So với cảm kháng, đại lượng điện trở có trị số khá nhỏ.

Tính chất nạp, xả của cuộn cảm là gì

Cuộn cảm có thể nạp một lượng điện nhất định khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây. Công thức xác định trị số của đại lượng này là:

W = L.I2 / 2

• W : là năng lượng nạp( June )
• L : Ký hiệu của hệ số tự cảm của cuộn dây ( H )
• I cường độ của dòng điện.

Tính chất của cuộn cảm là gì?

Trong trường hợp dòng điện 1 chiều, cuộn cảm tương tự như một điện trở có điện kháng bằng 0. Trường hợp này chính là trường hợp đoản mạch. Dòng điện trên cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường với độ lớn cường độ bằng 0.

Trong trường hợp dòng điện xoay chiều, từ trường sinh ra sẽ biến thiên. Từ đó, xuất hiện một điện trường E có đặc điểm vuông góc với từ trường. Trị số cảm kháng phụ thuộc rất nhiều vào tần số của dòng điện xoay chiều. 

Cách đọc giá trị chính xác của cuộn cảm 

Trường hợp cuộn cảm được ghi bằng vòng màu

Tương tự như điện trở, chúng ta có vòng màu đầu tiên ghi số 1, vòng màu tiếp ghi số 2, số 3 và cuối cùng là vòng số 4.

Trong đó, vòng thứ 3 chỉ hệ số nhân và vòng số 4 chỉ hệ số sai số. 

Trường hợp cuộn cảm được ghi bằng chấm màu:

Hiện tại có 3 chấm màu bạn cần biết, đó là chấm lớn nhất chỉ hệ số nhân. Chấm màu nhỏ hơn ghi số thứ 2 và chấm nhỏ còn lại là số thứ 1.

Công dụng của cuộn cảm là gì? 

Hiện tại, cuộn cảm được ứng dụng sử dụng trong các thiết bị điện. Dưới đây là các thiết bị cần có sự xuất hiện của cuộn cảm.

Ứng dụng trong nam châm điện

Ứng dụng đầu tiên và cũng là phổ biến nhất của cuộn cảm chính là nam châm điện. Điều này dựa trên nguyên tắc tự trường. Khi có 1 lõi thép đơn giản quấn bên ngoài cuộn cảm, trường hợp có dòng điện đi qua, lõi thép hoàn toàn có thể hút các kim loại khác. Ngoài ra, chúng được ứng dụng trong động cơ điện, các loại thiết bị đồ chơi điện từ, tivi và loa của máy phát thanh. 

Ứng dụng trong Rơ le

Rơ le được cấu tạo bởi một cuộn cảm và 1 cơ cấu khí. Chúng hiện thường gồm 3 chân (Chân NC, NO và chân trung cơn). 

Tương tự như trong nam châm, từ trường tạo ra giúp chúng hút các kim loại khác. Trong trường hợp điện được cấp, chân NC và chân trung sẽ thông với nhau. Dòng điện có thể làm ngắt các điểm khác nhau trên mạch điện. Từ đó, con người có thể điều khiển các thiết bị khác.

Ứng dụng trong bộ lọc thông

Cuộn cảm có ứng dụng bộ lọc thông với khả năng lọc âm thanh (tạp âm). Trường hợp này gồm cuộn cảm L mắc nối tiếp với điện trở R. 

Mạch lọc tần số có thể thấy xuất hiện phổ biến trong cuộc sống. Chúng xuất hiện trong EQ của bộ lọc âm thanh và âm tần. Chẳng hạn xuất hiện trong loa dùng IC. Chúng có thể dùng cảm ứng điện từ để lọc các input và đưa ra output phù hợp. 

Ứng dụng trong nguồn xung và lọc điện áp xung

Hiện tại có 2 loại là nguồn xung tăng áp và nguồn xung hạ áp. Chúng sử dụng tính năng cản trở dòng điện để thực hiện nhiệm vụ này. 

Ứng dụng trong hoạt động của máy biến áp

Trong máy biến áp, cuộn cảm gồm 1 cuộn dây sơ cấp nối với cuộn dây thứ cấp. Như vậy, chúng có thể đưa ra điện áp được quấn quanh lõi biến áp. Khác biết với nguồn xung bởi đặc điểm cuộn dây trong máy biến áp thường được quấn bởi nhiều vòng. 

Hiện nay, máy biến áp được sử dụng để thay đổi hiệu điện thế. Chúng có thể tăng hoặc giảm hiệu điện thế tùy theo nhu cầu và mục đích sử dụng của khách hàng. Nguyên tắc khách hàng cần nắm được gồm: tăng điện thế đầu ra bằng việc giảm số vòng dây và tăng số vòng dây để giảm điện thế đầu ra.

Máy biến áp được xuất hiện rất nhiều trong đời sống và sản xuất. Đặc biệt trong trạm biến áp, máy có thể giúp hạ điện áp từ đường dây cao thế có hiệu điện thế lên đến hàng trăm kW. Nhờ đó, hạ xuống điện áp tiêu thụ trong cuộc sống hàng ngày. 

Ứng dụng trong motor

Cuộn cảm dùng trong motor nhằm biến đổi điện năng thành cơ năng. Chúng được tạo thành từ việc quấn 1 cuộn dây đồng quanh trục của motor. Sau đó, nhờ vào hiện tượng cảm ứng điện từ để tạo ra momen cho động cơ quay. Ứng dụng này có thể được sử dụng trong việc kiểm soát tín hiệu đèn giao thông. 

Trên đây là các lý thuyết quan trọng về cuộn cảm. Bạn sẽ hiểu được công dụng của cuộn cảm là gì cùng các ứng dụng quan trọng để cải thiện hoạt động sản xuất và đời sống con người.