Cuộn cảm là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng trong đời sống

Cuộn cảm là gì? Đây là một trong những linh kiện điện tử thông dụng và phổ biến nhất trong lĩnh vực vật lý điện học. Liệu bạn có biết tác dụng và ứng dụng của loại linh kiện này trong đời sống hàng ngày? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu cuộn cảm là gì trong bài viết dưới đây nhé!

Cuộn cảm là gì?

Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động được sử dụng để lưu trữ điện trường. Linh kiện này có cấu tạo từ một dây dẫn quấn nhiều vòng xung quanh lõi là một vật liệu có tính dẫn từ hoặc không khí. Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn, sẽ có từ trường xuất hiện ở cuộn cảm.

Ký hiệu của cuộn cảm trên sơ đồ điện là H. Ký hiệu này được đặt tên theo nhà vật lý học người Mỹ Joseph Henry – người đã phát hiện ra hiện tượng tự cảm và cảm ứng điện từ.

Đại lượng đặc trưng dùng để thể hiện khả năng sinh từ trường của cuộn cảm được gọi là độ tự cảm. Đơn vị đo độ tự cảm theo hệ thống đo lường quốc tế SI là H (Henry).

Cuộn cảm là gì?
Cuộn cảm là gì?

Cấu tạo cuộn cảm

Cuộn cảm, như đã nói ở trên, có cấu tạo hết sức đơn giản bao gồm 2 phần: dây dẫn và phần lõi được làm từ vật liệu có tính dẫn từ. Với các mục đích và nhu cầu khác nhau, cách bố trí các chi tiết có thể khác nhau nhưng cuộn cảm nào cũng sẽ bao gồm 2 bộ phận trên.

Phân loại cuộn cảm

Thông thường sẽ có 3 cách phổ biến để phân loại cuộn cảm là theo cấu tạo, hình dáng và phạm vi ứng dụng.

  • Phân loại theo cấu tạo: Cuộn cảm không lõi và có lõi (Ferrite, thép kĩ thuật,…)
  • Phân loại theo hình dáng: Cuộn cảm loại cắm và loại dán
  • Phạm vi ứng dụng: Cuộn cảm âm tần, trung tần và cao tần

Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm

Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm sẽ có một số thay đổi nhỏ trong các trường hợp khác nhau.

  • Khi mắc vào dòng điện một chiều, cuộn cảm sẽ có tác dụng như một điện trở với điện kháng xấp xỉ bằng 0. Do dòng điện một chiều có cường độ và chiều không đổi theo thời gian, từ trường do dòng điện đi qua dây dẫn của cuộn cảm cũng có cường độ và chiều không đổi
  • Khi mắc vào dòng điện xoay chiều, cuộn cảm sẽ sinh ra một từ trường và một điện trường biến thiên theo tần số tương ứng của dòng điện chạy qua linh kiện. Phương của điện trường sẽ luôn vuông góc với từ trường được sinh ra tại cuộn cảm.
Sơ đồ đường sức từ được sinh ra khi có dòng điện phát sinh đi qua cuộn cảm
Sơ đồ đường sức từ được sinh ra khi có dòng điện phát sinh đi qua cuộn cảm

Tác dụng của cuộn cảm

Nhờ đặc tính lọc nhiễu tốt, cuộn cảm được sử dụng để lọc nhiễu cho các mạch nguồn điện xoay chiều vốn đang bị lẫn tạp nhiễu ở nhiều tần số khác nhau. Nhờ khả năng này mà cuộn cảm giúp các mạch điện ổn định không gặp phải sự cố.

Những thông số kỹ thuật của Cuộn cảm

Giống như các linh kiện điện cơ khác, cuộn cảm cũng có những thông số kỹ thuật khác nhau cần lưu ý. Khi lựa chọn và sử dụng cuộn cảm, bạn sẽ cần phải chú ý tới những thông số sau: hệ số tự cảm, nội trở cuộn dây và khả năng chịu dòng điện.

  • Hệ số tự cảm: Thể hiện khả năng tạo từ trường của cuộn cảm khi có dòng điện đi qua
  • Nội trở: Đại lượng này tương ứng với giá trị điện trở của vật liệu dây dẫn trong cuộn cảm. Đa phần các cuộn cảm hiện nay đều có nội trở rất nhỏ nên thông số này thường không xuất hiện trên nhãn linh kiện (mặc định nội trở bằng 0)
  • Khả năng chịu dòng điện: Mỗi loại thiết kế và vật liệu sẽ giúp cho cuộn cảm chịu được dòng điện có cường độ khác nhau. Chính vì vậy, bạn cần phải lưu ý tới giá trị này để tìm ra cuộn cảm phù hợp với dòng điện đang sử dụng.

Một số đại lượng đặc trưng liên quan tới Cuộn cảm

Cuộn cảm sở hữu nhiều đại lượng đặc trưng khác nhau nên để có thể hiểu rõ về cuộn cảm, bạn cũng cần phải biết tới những đại lượng này.

Hệ số tự cảm

Đây là một đại lượng đặc trưng của cuộn cảm, thể hiện sức điện động cảm ứng của cuộn dây dẫn khi phát sinh dòng điện chạy qua.

Ta có thể tính được hệ số tự cảm của cuộn cảm theo công thức dưới đây:

L=r.4.n2.S.10-7l

Trong đó:

L là hệ số tự cảm của cuộn dây (H)

n là số vòng dây dẫn

l là chiều dài dẫn (m)

S là tiết diện của lõi cuộn cảm (m2 )

r là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi của cuộn cảm

Thông số kỹ thuật của một cuộn cảm
Thông số kỹ thuật của một cuộn cảm

Cảm kháng

Cảm kháng là một đại lượng có nét tương đồng với điện trở. Đại lượng này thể hiện sự cản trở dòng điện của cuộn cảm trong dòng điện xoay chiều.

Ta có thể tính được cảm kháng của cuộn cảm theo công thức dưới đây:

ZL = 2.f.L

Trong đó:

ZL là cảm kháng của cuộn cảm ()

f là tần số biến thiên của dòng điện xoay chiều (Hz)

L là hệ số tự cảm của cuộn cảm (H)

Điện trở thuần của cuộn cảm

Vì cuộn cảm có cấu tạo là một lõi điện từ quấn nhiều vòng dây dẫn nên sẽ có xuất hiện điện trở trong linh kiện. Điện trở thuần không có công thức tính toán mà chỉ có thể biết thông qua việc đo đạc bằng đồng hồ vạn năng. Đại lượng này còn được gọi là điện trở tổn hao vì đây chính là nguyên nhân sinh nhiệt và hao tốn năng lượng trong quá trình hoạt động của cuộn cảm. Các cuộn cảm chất lượng cao hiện nay đều có giá trị điện trở thuần nhỏ hơn nhiều so với cảm kháng.

Năng lượng của cuộn cảm

Khi phát sinh một dòng điện chạy qua dây dẫn của cuộn cảm, linh kiện này sẽ được nạp vào phần năng lượng từ phần điện năng nhận được. Giá trị năng lượng được nạp vào của cuộn cảm có thể được tính bằng công thức sau:

W=LI22

Trong đó:

W là năng lượng cuộn cảm được nạp (J)

L là hệ số tự cảm (H)

I là cường độ dòng điện (A)

Một số loại cuộn cảm trong đời sống
Một số loại cuộn cảm trong đời sống

Ứng dụng của cuộn cảm

Nhờ tính năng của mình, cuộn cảm được ứng dụng phổ biến và rộng rãi từ những thiết bị điện trong gia đình cho tới trong lĩnh vực công nghiệp.

Nam châm điện

Đây là một trong những ứng dụng cơ bản và phổ biến nhất của cuộn cảm. Tận dụng khả năng sản sinh từ trường của cuộn cảm, các nhà phát minh đã sử dụng thép non để làm lõi cho cuộn cảm để khiến lõi này nhiễm từ có khả năng hút các kim loại khác và biến thành một nam châm điện. Nam châm điện được sử dụng nhiều trong các loại động cơ điện thông dụng như tivi, loa phát thanh, micro, …

Rơ le

Khi kết hợp 1 cuộn cảm với 1 cơ cấu cơ khí bao gồm 3 chân NC, NO và chân trung Com sẽ tạo ra một Rơ le. Linh kiện này có khả năng đóng ngắt dòng điện tại các điểm khác nhau của mạch điện. Chính vì vậy, rơ le được sử dụng nhiều để điều khiển các thiết bị điện khác nhau trong đời sống và công nghiệp

Rơ le - Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của cuộn cảm
Rơ le – Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của cuộn cảm

Bộ lọc thông

Bộ lọc thông có cấu tạo bao gồm 1 cuộn cảm mắc nối tiếp với điện trở R với cực dương của nguồn điện được mắc trực tiếp vào cuộn cảm. Bộ lọc thông này được ứng dụng nhiều nhất trong các bộ phân tần của loa điện, đặc biệt là bộ lọc thông tần để lọc âm thanh trong các thiết ị truyền phát âm thanh.

Nguồn xung

Cuộn cảm cũng là một bộ phận quan trọng trong các loại nguồn xung để thay đổi điện áp của nguồn điện. Loại linh kiện này thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử trong gia đình như bếp từ, lò vi sóng, ….

Máy biến áp

Cuộn cảm được sử dụng trong máy biến áp với vai trò của một cuộn dây sơ cấp dẫn điện áp tới các cuộn dây thứ cấp. Máy biến áp có ứng dụng rất lớn trong đời sống con người, giúp điều chỉnh điện áp từ đường dây cao thế 500V của quốc gia về 220V để sử dụng trong gia đình mà không làm hư hại các thiết bị điện trong nhà.

Hy vọng bài viết trên đây của chúng tôi đã giúp bạn hiểu rõ hơn cuộn cảm là gì. Nếu bạn muốn đọc thêm những thông tin về các linh kiện điện hay các kiến thức vật lý, đừng quen theo dõi website: https://thosuaxe.info/ của chúng tôi để cập nhật thêm những bài viết mới mỗi ngày nhé!

Xem thêm:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *