Cuộn cảm là gì? Tuy là linh kiện điện tử thụ động ít được thấy trên các mạch điện thông thường. Nhưng cuộn cảm là một linh kiện quan trọng trong một số mạch như: mạch lọc nguồn, mạch tạo dao động, và các mạch trong hệ thống âm thanh…
Cuộn cảm là gì
Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động có 2 cực, chúng lưu trữ năng lượng trong từ trường. Từ trường này được tạo ra do dòng điện chạy qua nó.
Về cơ bản nó được tạo thành từ một cuộn dây bao quanh lõi. Mỗi cuộn dây là một cuộn cảm cơ bản. Sự thay đổi của dòng điện qua cuộn dây tạo ra một từ trường xung quanh nó. Từ trường này, theo luật Lenz, tạo ra một EMF trên cuộn dây ngược hướng với dòng điện đầu vào. Do đó, cuộn cảm kháng lại bất kỳ thay đổi nào trong dòng cấp.
Cuộn cảm thuần là gì
Cuộn cảm thuần hay cuộn dây thuần cảm là cuộn dây lý tưởng, tức là cuộn dây có điện trở dây dẫn bằng 0.
Cuộn cảm tiếng Anh là gì
Trong tiếng Anh, cuộn cảm được gọi là Inductor. Chúng ta thường hay thấy từ này trong tài liệu máy biến áp chẳng hạn.
Độ tự cảm là gì? Công thức tính cuộn cảm
Độ tự cảm hay từ dung là khả năng hoặc tính chất của cuộn cảm để tạo ra một suất điện động (emf hoặc điện áp) do sự thay đổi của dòng điện.
Độ tự cảm là tỷ lệ của điện áp so với tốc độ thay đổi của dòng điện qua cuộn cảm. Một số trường hợp tính từ dung theo tính chất của dây như:
- Dây dẫn thẳng dài
Trong đó: – L = từ dung (H)- l = chiều dài dây (m)- d = đường kính dây (m)
- Cuộn dây trụ tròn ngắn
Trong đó: – L = từ dung (µH) – r = bán kính ngoài của cuộn dây (in) – l = chiều dài cuộn dây (in) – N = số vòng quấn
- Lõi hình vòng xuyến
Trong đó:- L = Từ dung (H)- μ0 = Độ từ thẩm của chân không = 4𝜋 × 10−7 H/m- μr = Độ từ thẩm tương đối của vật liệu lõi- N = Số vòng- r = Bán kính vòng quấn (m)- D = Đường kính vòng xuyến (m)
Đơn vị đo cuộn cảm
Đơn vị đo cuộn cảm hay nói chính xác hơn đơn vị tự cảm theo tiêu chuẩn SI là H, lấy từ tên của nhà khoa học người Mỹ, Joseph Henry.
Đơn vị tự cảm SI là Henry được đặt theo tên của nhà khoa học người Mỹ Joseph Henry. 1 Henry là lượng điện cảm khi thay đổi dòng điện 1A mỗi giây trong một cuộn dây tạo ra EMF là 1V. Cuộn cảm có độ tự cảm thường dao động từ 1μH đến 20H.
- 1H = 1000 mH = 1000000 μH
Ký hiệu cuộn cảm
Cuộn cảm ký hiệu là gì? Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu xem có bao nhiêu cách ký hiệu cho cuộn cảm các bạn nhé!
- Ký hiệu cuộn cảm có giá trị cố định
- Ký hiệu cuộn cảm có giá trị thay đổi được
- Ký hiệu cuộn cảm tinh chỉnh trong mạch radio
- Ký hiệu cuộn cảm có cực
- Ký hiệu cuộn cảm có lõi sắt
- Cuộn cảm có lõi Feritte
- Cuộn cảm có lõi Feritte điều chỉnh từ dung được
- Ký hiệu cuộn cảm có từ dung đặt trước
- Cuộn cảm có giáp bảo vệ
- Cuộn dây nam châm điện từ
- Cuộn dây điện từ xoay chiều
- Cuộn dây điện từ đôi
- Cuộn cảm lõi ổn định
- Cuộn cảm động cơ điện
- Cuộn cảm Analog Delay Line
Nguyên lý làm việc của cuộn cảm
Theo quy tắc điện từ, khi một dòng điện ổn định đi qua một dây dẫn thẳng, nó sẽ tạo ra một từ trường xung quanh nó. Độ mạnh của từ trường phụ thuộc vào dòng cấp. Nếu dòng điện qua dây dẫn bị thay đổi, từ trường cũng sẽ thay đổi. Từ trường này được tạo ra vuông góc với dây dẫn.
Hướng của từ trường được tạo ra có thể xác định bằng quy tắc bàn tay phải. Cuộn tròn ngón tay của bạn như thể bạn đang giữ dây dẫn & chỉ ngón tay cái của bạn theo hướng của dòng điện. Ngón cái cho thấy hướng của dòng điện trong khi các ngón tay cong cho thấy hướng của từ trường xung quanh dây dẫn.
Một cuộn cảm là một dây dẫn được bọc dưới dạng một cuộn dây. Một từ trường khác được tạo ra bằng cách thay đổi dòng điện đi qua nó. Từ trường thay đổi làm cho các đường từ cắt ngang qua một số dây dẫn, tạo ra EMF trong dây dẫn. Hiện tượng này được gọi là Tự cảm.
Lực điện động này gây ra trong cuộn dây ngược hướng với dòng điện & kháng bất kỳ thay đổi nào trong dòng điện cấp. Tốc độ thay đổi của nguồn cấp càng cao, thì tốc độ thay đổi của từ trường càng cao & dòng điện cảm ứng đối lập càng mạnh.
Nói một cách đơn giản, điện kháng (điện trở) của cuộn cảm tăng khi tần số tăng. Nó tăng đến mức chặn hoàn toàn dòng điện đầu vào. Vì vậy, một cuộn cảm chặn dòng điện xoay chiều trong khi nó hoạt động như ngắn mạch cho dòng điện một chiều.
Các đại lượng đặc trưng cuộn cảm
Một số đại lượng đặc trưng cho cuộn cảm như:
Cảm kháng của cuộn cảm là gì
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 . Công thức tính cảm kháng:
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
Điện trở thuần
Điện trở của một cuộn cảm cho dòng điện trực tiếp được gọi là điện trở thuần.
Trong mạch, nó được mô phỏng như một điện trở nối tiếp riêng biệt với một cuộn cảm.
Để đo điện trở thuần của một cuộn cảm, đặt điện áp DC và đo dòng điện qua nó. Sau đó tính toán điện trở bằng định luật Ohm cho điện áp và dòng điện đã cho.
Nó thường là khoảng một vài ohms. Điện trở thuần của một cuộn cảm phụ thuộc vào chiều dài, diện tích mặt cắt ngang của dây được sử dụng. Nó thấp hơn cho cuộn cảm giá trị thấp, trong khi cao hơn cho cuộn cảm giá trị cao.
Dòng điện bão hòa
Về cơ bản, việc tăng dòng điện qua một cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ làm tăng thông lượng được tạo ra trong nó. Tại một thời điểm nhất định, lõi trở nên bão hòa hoàn toàn & dòng điện sẽ không làm tăng thông lượng trong lõi. Vì vậy, dòng điện tại đó lõi trở nên bão hòa được gọi là dòng bão hòa của cuộn cảm.
Vượt quá dòng bão hòa làm giảm tính thấm của lõi. Điều này dẫn đến việc giảm mạnh độ tự cảm của cuộn cảm. Việc giảm độ tự cảm ở dòng bão hòa là từ 10 đến 20%. Chỉ có vật liệu sắt từ mới có thể có từ thông bên trong chúng. Vì vậy, một cuộn cảm lõi không khí sẽ không có dòng bão hòa.
Dung kháng là gì
Như chúng ta biết, có nhiều vòng trong cuộn dây của một cuộn cảm. Ở giữa mỗi vòng này, có một điện dung (chỉ trong AC, vì ở DC, cuộn dây ngắn).
Bằng cách tăng tần số, phản ứng cảm ứng tăng & phản ứng điện dung giảm. Do đó các cuộn cảm hoạt động như một tụ điện.
Để giảm điện dung, các vòng trong cuộn dây của cuộn cảm tần số cao được đặt cách xa nhau.
Tần số cộng hưởng
Khi có một điện dung giữa các vòng của cuộn dây. Điện dung này tạo ra một mạch LC song song.
Bằng cách tăng tần số, có một điểm trong đó phản ứng cảm ứng bằng với phản ứng điện dung. Tần số này được gọi là tần số cộng hưởng.
Cuộn cảm có trở kháng rất cao ở tần số cộng hưởng & xuất hiện dưới dạng mạch hở.
Việc tăng tần số trên tần số cộng hưởng sẽ làm giảm điện kháng và cuộn cảm sẽ bắt đầu hoạt động giống như một tụ điện. Để tránh vấn đề này, cuộn cảm được sử dụng dưới tần số cộng hưởng của chúng.
Cấu tạo cuộn cảm
Cấu tạo của cuộn cảm như một cuộn dây, chúng là những vòng dây được quấn từ dây đồng cách điện. Các cuộn dây có thể khác nhau về hình dạng, kích cỡ, vật liệu lõi và cũng có thể được bọc trong những vật liệu khác nhau.
Tuỳ theo mục đích sử dụng mà chúng có cấu tạo số vòng dây, khoảng cách giữa các vòng quấn, lõi, kích thước…để sinh ra độ tự cảm đúng với yêu cầu của mạch điện.
Cách mắc cuộn cảm
Chúng ta cùng tìm hiểu về 2 cách mắc cơ bản nhất của cuộn cảm trong các mạch điện. Tương tự như điện trở và tụ điện, các cuộn cảm cũng có:
Cuộn cảm mắc song song
Khi các cuộn dây mắc song song với nhau thì độ tự cảm hay từ dung sẽ giảm đi.
Công thức tính cuộn cảm mắc song song:
Khi mắc song song n cuộn dây cùng giá trị từ dung, tổng từ dung sẽ giảm gấp n lần
Cuộn cảm mắc nối tiếp
Khi mắc nối tiếp nhiều (n) cuộn dây lại với nhau, tổng từ dung sẽ tăng và bằng tổng của các từ dung
Công thức tính cuộn cảm mắc nối tiếp:
Lt = L1 + L2 +… + Ln
Cuộn cảm có tác dụng gì
Trong mạch điện tử, cuộn cảm là linh kiện điện tử có tác dụng:
- Dẫn dòng điện một chiều, chặn dòng điện xoay chiều đi qua. Đây cũng là trả lời cho câu hỏi: ”Cuộn cảm có cho dòng điện 1 chiều đi qua không?”
- Ghép nối tiếp hoặc song song với tụ điện để tạo thành mạch cộng hưởng, điều chỉnh trong các thiết bị vô tuyến như tivi, rađio…
- Ngoài ra, cuộn cảm còn dùng để chặn dòng điện cao tần trong mạch điện.
Các loại cuộn cảm
Trong thực tế, các cuộn cảm được phân loại thành:
- Cuộn cảm âm tần
- Cuộn cảm trung tần
- Cuộn cảm cao tần
Ngoài ra, cũng có nhiều cách phân loại cuộn cảm theo hình dáng, đặc tính, ứng dụng như:
Các loại cuộn cảm dựa trên lõi của chúng:
- Cuộn cảm lõi không khí
- Cuộn cảm sắt từ / lõi sắt
- Cuộn cảm lõi Ferrite
- Cuộn cảm lõi sắt
- Cuộn cảm lõi gốm
- Cuộn cảm nhiều lớp lõi thép
Dựa trên thiết kế cốt lõi:
- Cuộn cảm lõi hình xuyến
- Cuộn dây lõi hình trống
Các loại cuộn cảm dựa trên cách sử dụng của chúng
- Cuộn cảm nhiều lớp
- Cuộn cảm màng mỏng
- Cuộn cảm đúc
- Cuộn cảm sắp cặp
- Cuộn cảm công suất
- Cuộn cảm RF tần số vô tuyến
- Cuộn cảm điều chỉnh được
Ứng dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm là linh kiện điện tử cùng với điện trở và tụ điện, được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị điện, điện tử xung quanh chúng ta. Một số ứng dụng nổi bật của cuộn cảm mà chúng ta nên biết như:
Cuộn cảm lọc nhiễu
Cuộn cảm cùng với điện trở và tụ điện có thể được sử dụng trong các bộ lọc tần số khác nhau như bộ lọc cao, thông thấp và bộ lọc loại bỏ băng tần.
Chúng là các bộ lọc tần số được sử dụng để tách thành phần tần số không cần thiết khỏi tín hiệu.
Cuộn cảm trong mạch điều chỉnh
Cuộn cảm kết hợp với tụ điện được sử dụng trong mạch điều chỉnh trong đài phát thanh và truyền hình,.. để chọn kênh mong muốn.
Cảm biến tiệm cận
Cuộn cảm được sử dụng trong các cảm biến tiệm cận để phát hiện vật thể ở gần mà không có bất kỳ tiếp xúc vật lý nào. Dựa trên nguyên lý cuộn cảm tạo ra một từ trường xung quanh nó khi dòng điện chạy qua. Hoặc bất kỳ thay đổi nào trong từ trường gây ra một dòng điện cảm ứng trong cuộn cảm.
Máy biến áp
Một máy biến áp về cơ bản là hai cuộn cảm riêng biệt gần nhau với lõi chung sử dụng từ thông được tạo bởi một cuộn dây và tạo ra EMF trong cuộn dây kia thông qua cảm ứng lẫn nhau. Máy biến áp được sử dụng để tăng hoặc giảm điện áp trong truyền tải điện.
Rơle điện từ
Rơle điện từ là một công tắc điện tử có cuộn cảm tạo ra từ trường khi cuộn dây được cấp điện. Từ trường này kéo tiếp điểm cho phép dòng điện chạy qua.
Động cơ cảm ứng
Trong động cơ cảm ứng, rôto quay do từ trường được tạo ra bởi cuộn dây trên stato. Tốc độ rôto phụ thuộc vào từ trường quay, vào tần số cung cấp. Vì vậy, cách duy nhất để thay đổi tốc độ là thông qua việc sử dụng cuộn cảm.
Bài viết đem đến cho các bạn thông tin về một trong số 3 linh kiện điện tử thụ động phổ biến nhất trong các thiết bị điện tử xung quanh chúng ta. Bài viết đem đến cho các bạn câu trả lời cho các câu hỏi:
- Cuộn cảm là gì?
- Cảm kháng là gì?
- Độ tự cảm là gì?…
Rất mong nhận được ý kiến đóng góp và những chia sẻ của các bạn. Cảm ơn!
