Cuộn cảm là gì? Để có thể nắm rõ các tính chất, cấu tạo, ứng dụng của cuộn cảm. Từ đó có thể sử dụng cũng như có các giải pháp thích hợp để bảo vệ linh kiện khi trong mạch sử dụng các loại cuộn cảm. Cập nhật kiến thức mới nhất được chia sẻ dưới đây.
Định nghĩa cuộn cảm là gì?
Cuộn cảm trong tiếng Anh được gọi là Inductor, được sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử. Cuộn cảm là linh kiện điện tử thụ động cấu tạo từ một dây dẫn được quấn thành nhiều vòng, lõi của dây dẫn có thể là vật liệu dẫn từ hoặc không khí. Đặc biệt, khi có một dòng điện chạy qua thì sẽ sinh ra từ trường. Đơn vị đặc trưng của cuộn cảm là độ tự cảm Henry, ký hiệu là H.
Ký hiệu, cấu tạo và phân loại cuộn cảm
Ký hiệu cuộn cảm
Ký hiệu của cuộn cảm trong mạch điện sẽ có dạng một đoạn hình xoắn, phía trên nó chính là ký hiệu để thể hiện loại lõi của cuộn cảm.
Cấu tạo của cuộn cảm
Cuộn cảm là gì? Cuộn cảm bao gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn thì được sơn emay để cách điện. Lõi cuộn dây có thể là vật liệu dẫn từ như Ferrite, lõi thép kỹ thuật hay là không khí.
Phân loại cuộn cảm
- Dựa theo phạm vi ứng dụng: Người ta phân chia cuộn cảm thành những loại sau: cuộn cảm trung tần, cuộn cảm âm tần và cuộn cảm cao tần.
- Phân loại cuộn cảm theo hình dáng: Có loại dán và loại cắm.
- Phân loại theo cấu tạo: Có loại không lõi và loại có lõi.
Tuy có nhiều loại cuộn cảm khác nhau nhưng tất cả các loại đều mang một tính chất chung của cuộn dây cảm ứng điện từ.
Cuộn cảm là gì? Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm như thế nào?
Đối với dòng điện một chiều DC, dòng điện này có cường độ và chiều không đổi (tần số bằng 0). Cuộn dây hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng không hay còn được gọi là cuộn dây nối đoản mạch. Dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường (B) có chiều và cường độ không đổi.
Khi mắc điện xoay chiều AC nối với cuộn dây, dòng điện trên cuộn dây sinh ra một điện trường (E) biến thiên và từ trường (B) biến thiên, nhưng luôn luôn vuông góc với từ trường. Cảm kháng của cuộn dây này sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào tần số của dòng xoay chiều.
Cuộn cảm L có đặc tính là lọc nhiễu tốt cho các mạch nguồn DC có lẫn các tạp nhiễu ở những tần số khác nhau. Tùy vào những đặc tính cụ thể của từng cuộn dây, được ứng dụng trong các mạch lọc tần số và giúp ổn định dòng.
Thông số kỹ thuật của cuộn cảm
Khi đã biết cuộn cảm là gì thì trong quá trình sử dụng cuộn cảm, chúng ta cần quan tâm đến các thông số như: nội trở cuộn dây, hệ tự cảm và khả năng chịu dòng điện.
- Hệ số tự cảm: Đây là đại lượng đặc trưng của cuộn dây khi nó đáp ứng với điện trường và từ trường. Đơn vị tính là Henry và viết tắt là (H).
- Nội trở của cuộn dây: Đây là giá trị điện trở của dây dẫn để tạo nên cuộn dây, được ký hiệu là R. Trong ngành điện tử dân dụng thì các cuộn dây được sử dụng thường có hệ số tự cảm nhỏ vì thế nên điện trở nội rất nhỏ.
- Khả năng chịu đựng của dòng điện: Khi hoạt động thì sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây. Trường hợp dòng điện đi qua cuộn dây quá lớn thì sẽ làm đứt cuộn dây nên người ta sẽ quy định dòng điện cực đại của cuộn cảm.
Các đại lượng của cuộn cảm là gì?
Hệ số tự cảm
Là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi mà có dòng điện biến thiên chạy qua. Công thức: L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l
Trong đó:
- L: đây là hệ số tự cảm của cuộn dây
- n: số vòng dây của cuộn dây
- l: chiều dài của cuộn dây được tính bằng mét (m)
- S: là tiết diện của lõi và được tính bằng m2
- µr: chính là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lên lõi
Cảm kháng
Là đại lượng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều. Công thức: ZL = 2.314.f.L
Trong đó:
- ZL: Cảm kháng, đơn vị là Ω
- f: Tần số đơn vị là Hz
- L: Hệ số tự cảm và đơn vị là Henry
Điện trở thuần của cuộn dây trong cuộn cảm là gì?
Đây là điện trở mà người ta có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng. Thông thường cuộn dây có chất tốt thì điện trở thuần tương đối nhỏ so với cảm kháng.
Cuộn dây nạp năng lượng
Khi một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây sẽ nạp một năng lượng dưới dạng từ trường và được tính theo công thức: W = L.I2 / 2
Trong đó:
- W: là năng lượng (June)
- L: là hệ số tự cảm (H)
- I: là dòng điện.
Đại lượng của cuộn cảm là gì – Dung kháng
Có rất nhiều vòng trong cuộn dây của một cuộn cảm. Ở giữa mỗi vòng này sẽ có một điện dung. Bằng cách tăng tần số thì phản ứng cảm ứng tăng và phản ứng điện dung giảm. Do đó, các cuộn cảm sẽ hoạt động như một tụ điện. Để giảm được điện dung, các vòng trong cuộn dây của cuộn cảm có tần số cao được đặt cách xa nhau.
Tần số cộng hưởng
Khi có một điện dung giữa các vòng của cuộn dây thì sẽ tạo ra một mạch LC song song. Với cách tăng tần số, có một điểm sẽ phản ứng cảm ứng bằng với phản ứng điện dung. Đó chính là tần số cộng hưởng. Cuộn cảm có trở kháng rất cao ở tần số cộng hưởng và xuất hiện dưới dạng mạch hở.
Tính chất đặc trưng của cuộn cảm
Tính chất cản trở sự biến thiên
Để có thể hiểu rõ về tính chất của cuộn cảm là gì, chúng ta sẽ xem sơ đồ sau đây:
Trong trường hợp đầu tiên thì khi mở công tắc, dòng điện I sẽ đi qua cuộn dây. Lúc này, trong cuộn dây sẽ sinh ra một loại từ trường. Khi I tăng lên, các đường sức từ đi qua cuộn dây cũng được tăng lên, do đó từ thông Φ cũng sẽ tăng lên. Sự biến thiên từ thông này sinh ra dòng điện cảm ứng là Ic1.
Dòng điện cảm ứng này sinh ra từ trường cảm ứng có xu hướng chống lại những nguyên nhân sinh ra nó. Nguyên nhân sinh ra nó là do sự gia tăng của từ thông Φ, do đó chiều của từ trường cảm ứng sẽ phải ngược chiều với từ trường do dòng điện I sinh ra.
Áp dụng quy tắc bàn tay phải chúng ta có thể xác định được chiều của dòng điện cảm ứng IC1. I tăng càng lớn thì IC1 sẽ càng nhỏ. Do đó, trong mạch điện này thì dòng điện I sẽ đi qua cuộn dây rồi quay trở lại nguồn mà không đi qua LED cho nên đèn sẽ không sáng.
Trường hợp khi ta tắt công tắc, I giảm dẫn đến các đường sức từ qua cuộn cảm cũng giảm. Sự biến thiên từ thông này sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng IC2. Dòng điện cảm ứng này cũng có chiều chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Nguyên nhân sinh ra nó là sự sụt giảm từ thông, do vậy chiều của từ trường cảm ứng phải cùng chiều với dòng điện I.
Áp dụng quy tắc bàn tay phải thì ta có thể tìm được chiều của dòng điện cảm ứng IC2, đây cũng chính là nguyên nhân làm cho LED sáng sau đó lại tắt.
Tính chất từ của cuộn cảm
Cuộn cảm là dây dẫn được cuộn thành nhiều vòng vì vậy chúng cũng sẽ có từ tính. Từ tính của cuộn cảm được ứng dụng để làm ra nam châm điện, lõi bên trong cuộn cảm có tác dụng làm gia tăng độ mạnh của từ tính.
Để xác định chiều của đường sức từ đi qua cuộn dây, người ta sẽ sử dụng quy tắc nắm bàn tay phải như sau:
- Nắm bàn tay phải sao cho chiều từ ngón tay hướng vào lòng bàn tay và chính là chiều của dòng điện trong cuộn dây.
- Ngón tay cái duỗi ra 90 độ, chỉ chiều của đường sức từ.
Tính chất nạp/xả của cuộn cảm
Khi phát sinh dòng điện chạy qua dây dẫn của cuộn cảm thì linh kiện này sẽ được nạp vào phần năng lượng từ phần điện năng đã nhận được. Giá trị năng lượng được nạp vào của cuộn cảm được tính bằng công thức như sau:
Trong đó: W = L.I2 / 2
- W: là năng lượng cuộn cảm được nạp kí hiệu là J.
- L: là hệ số tự cảm, ký hiệu là H.
- I: gọi là cường độ của dòng điện, kí hiệu là A.
>>> Có thể tham khảo thêm bài viết: Timer là gì? Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động
Cuộn cảm là gì? Công dụng của cuộn cảm là gì?
Ngày nay thì cuộn cảm được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống và hầu hết có mặt trên các mạch điện tử, thiết bị điện trong gia đình và trong công nghiệp.
Nam châm điện
Nam châm điện chính là ứng dụng đơn giản nhất của cuộn cảm, khi có dòng điện đi qua cuộn dây thì sẽ xuất hiện từ trường. Sử dụng một lõi thép đơn giản để quấn cuộn cảm bên ngoài sau đó cung cấp dòng điện thì lõi thép có thể hút được các kim loại khác. Nam châm điện cũng được ứng dụng trong các loại động cơ điện, các thiết bị trò chơi điện tử, micro, tivi và loa phát thanh.
Bộ lọc thông
Bộ lọc thông được ứng dụng trong các bộ phân tần của loa điện tử. Mạch điện này sẽ bao gồm một cuộn cảm L được mắc nối tiếp với một điện trở R. Ta có công thức: XL= f.L
Trong đó:
XL: là điện ứng
L: độ tự cảm của cuộn dây
f: số Faraday hay còn gọi là cảm thán
Relay
Relay được cấu tạo bởi một cơ cấu cơ khí và một cuộn cảm. Relay có 3 chân bao gồm chân NO, NC và chân trung Com. Khi dòng điện chạy qua, sẽ có từ trường được sinh ra do đó cuộn cảm có khả năng hút được kim loại.
Bình thường thì chân NO và chân trung thì không thông với nhau còn chân NC và chân trung sẽ thông với nhau. Khi ta cấp điện cho Relay thì hai chân NC và chân trung sẽ không thông mà chân NO và chân trung sẽ thông được với nhau. Dòng điện chạy qua Relay sẽ làm đóng ngắt các điểm khác nhau trên mạch điện, dựa vào đó mà người ta có thể sử dụng để điều khiển các thiết bị.
Motor
Công dụng của cuộn cảm là gì? Cuộn cảm được sử dụng trong tất cả các loại motor AC DC, để có thể biến đổi điện năng thành cơ năng. Khi sử dụng một cuộn dây đồng quấn quanh trục quay của motor. C
Nhờ vào hiện tượng cảm ứng điện từ, khi cung cấp nguồn điện sẽ tạo ra momen giúp cho các động cơ được hoạt động, truyền từ trục quay đến các thiết bị như máy bơm nước hoặc băng tải.
Máy biến áp
Cuộn cảm trong máy biến áp sẽ là một cuộn dây sơ cấp để đưa điện áp vào. Máy biến áp được dùng để thay đổi hiệu điện thế, thường sẽ được gắn ở 2 đầu dây điện nhằm tăng hiệu điện thế hoặc làm giảm hiệu điện thế tùy theo nhu cầu của người sử dụng. Muốn tăng điện thế đầu ra thì người ta giảm số vòng dây đầu vào, muốn giảm điện thế đầu ra thì ngược lại sẽ tăng số vòng dây đầu vào lên.
Máy biến áp chính là một thiết bị quan trọng trong đời sống và sản xuất. Ở trạm biến áp thì máy biến áp là chiếc máy quan trọng nhất giúp để hạ điện áp từ đường dây cao thế 500kV đưa về đường dây trung thế dọc.
Ngoài ra, có những tủ điện dọc đường cũng chứa loại máy biến áp nhằm giúp hạ dòng điện xuống mức mà người dân có thể sử dụng được. Máy biến áp còn được sử dụng trong sản xuất công nghiệp.
Cuộn cảm là gì? Các cách để mắc cuộn cảm
Mắc nối tiếp
Khi chúng ta mắc nối tiếp nhiều cuộn dây lại với nhau, tổng từ dùng sẽ tăng lên:
Trong đoạn mạch của cuộn cảm nối tiếp, số cuộn cảm mắc nối tiếp trong mạch và lượng dòng điện chạy qua mỗi cuộn cảm mắc nối tiếp đều bằng nhau. Ví dụ, nếu như cuộn cảm L1, L2 , L3 …… mắc nối tiếp và dòng điện I chạy qua đoạn mạch như hình vẽ ở trên. Dòng điện qua cuộn cảm L1 , L2 , L3 sẽ lần lượt là I1 , I2 , I3 . Giá trị của dòng điện chạy qua mỗi cuộn cảm sẽ giống nhau.
Mắc song song
Khi các cuộn dây được mắc song song với nhau thì độ tự cảm sẽ giảm đi. Dòng điện I1 chạy ở cuộn cảm L1, tương tự, dòng điện I2 chạy trong cuộn cảm L2 và I3 chạy trong cuộn cảm L3. IT chính là tổng lượng dòng điện chạy trong mạch.
Cách đọc giá trị của cuộn cảm
Để có thể chọn đúng cuộn cảm, điều quan trọng là chúng ta phải biết đọc các thông số cuộn cảm.
Cuộn cảm 4 vạch màu
Chúng ta có thể đọc giá trị cuộn cảm theo các vòng màu như sau:
- Vòng màu 1: chỉ số có ý nghĩa thứ nhất hoặc chấm thập phân.
- Vòng màu 2: chỉ số có ý nghĩa thứ hai hoặc chấm thập phân.
- Vòng màu 3: chỉ số 0 cần thêm vào và đơn vị đo là μH.
- Vòng màu 4: chỉ dung sai theo %.
Cuộn cảm 5 vạch màu
Cuộn cảm 5 vạch màu là loại có tần số vô tuyến quân sự. Trong các cuộn cảm này, thì vòng đầu tiên luôn có màu bạc. Vòng thứ hai và thứ ba sẽ chỉ ra các chữ số có nghĩa của giá trị điện cảm. Vòng thứ tư cho biết hệ số nhân, cuối cùng vòng thứ năm cho biết dung sai. Những cuộn cảm này có dung sai thấp đến 1 phần trăm và giá trị tính theo đơn vị Micro-Henry.
Cách đo kiểm tra cuộn cảm
Đo kiểm tra cuộn cảm có bị đứt hay không?
Để kiểm tra cuộn cảm còn sử dụng được hay không thì chúng ta dùng đồng hồ vạn năng, thông mạch hoặc thang ohm, dí vào 2 dầu của cuộn cảm
- Cuộn cảm tốt: Điện trở sẽ giảm dần đến một giá trị nào đó thì dừng lại
- Cuộn cảm bị đứt: Điện trở không lên và không thấy báo còi
Đo giá trị tự cảm
Không phải đồng hồ vạn năng nào cũng có thể đo độ tự cảm. Nếu đồng hồ vạn năng có chức năng đo cuộn cảm thì sẽ có ký hiệu bằng chữ “L” cho điện cảm hoặc chữ “H” cho đơn vị điện cảm trên thân của nó.
Để thang đo được hợp lý, ta tiến hành đưa que đo vào 2 đầu cuộn cảm. Nếu cuộn còn tốt thì sẽ có trị số L, so sánh với giá trị L để biết cuộn dây đó còn có thể sử dụng hay không.
Cuộn cảm là gì? Chắc hẳn đến đây bạn đã có câu trả lời rồi đúng không. Mong rằng những thông tin của chúng tôi cung cấp sẽ giúp ích được cho bạn trong cuộc sống cũng như trong công việc.
Bài viết liên quan