Cuộn cảm là gì?
Cuộn cảm là một linh kiện thụ động hai cực trong hệ thống điện tử dùng để chứa từ trường và ngăn chặn sự thay đổi của dòng chảy khi chạy qua nó. Đây là thiết bị điện được cấu tạo bởi cuộn dây dẫn quấn thành nhiều vòng. Cuộn cảm và từ trường có mối liên quan chặt chẽ, cả hai là thành phần thụ động cuối cùng đều sử dụng điện trường để lưu trữ năng lượng. Một cuộn cảm hoàn chỉnh có thể nâng cấp thành loa âm thành, thay thế cho các máy biến áp và rơ le điện.
Đơn vị của cuộn cảm là Henry. Khi dòng điện đi qua cuộn cảm bị thay đổi bởi tốc độ 1 ampere/s và tạo ra 1V EMF trong cuộn dây thì giá trị của cuộn cảm sẽ bằng 1 Henry.
1. Điện cảm là gi?
Điện cảm là đặc trựng của một cuộn cảm hay còn được gọi là hiện tượng tự cảm. Điện cảm xuất hiện trong mạch kín khi dòng điện xoay chiều đi qua khi thao tác hành động đóng mạch, ngắt mạch. Trong hệ thống đơn vị quốc tế, điện cảm cũng có đơn vị là Henry (H).
Công thức tính điện cảm
Trong đó:
L: Độ tự cảm.
VL : hiệu điện thế trên cuộn dây.
Di/dt: tốc độ thay đổi của dòng điện.
2. Ký hiệu cuộn cảm là gì?
Dưới đây là các loại ký hiệu của cuộn cảm:
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cuộn cảm
1. Cấu tạo cuộn cảm
Cuộn cảm được cấu tạo từ những sợi dây đồng cách điện được quấn nhiều vòng lại với nhau trong một cuộn dây. Dựa vào mục đích sử dụng mà số vòng dây và khoảng cách giữa các vòng quấn, lõi sẽ có sự thay đổi về hình dáng và kích cỡ và cũng có thể bọc trong vật liệu khác nhau.
Hiện nay cuộn cảm được chia thành 3 loại là cuộn cảm âm tần, cuộn cảm trung tần và cuộn cảm cao tần.
2. Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm
Cuộn cảm hoạt động dựa trên hai dạng: dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều
- Đối với dòng điện một chiều DC: Ở dòng điện này cường độ và chiều không đổi, tần số bằng 0. Lúc này cuộn cảm hoạt động như một điện trở có trở kháng bằng 0 hay còn được gọi là cuộn dây nối đoản mạch. Từ đó, dòng điện trên cuộn dây sẽ sinh ra từ trường B có cường độ và chiều dòng điện không đổi.
- Đối với dòng điện xoay chiều AC: Khi mắc điện xoay chiều với cuộn dây thì dòng điện sẽ sinh ra từ trường biến thiên và điện trường biến thiên vuông góc với từ trường.
Cuộn cảm còn có đặc tính lọc nhiễm cho mạch nguồn DC khi bị lẫn tạp nhiễu ở các tần số khác nhau giúp ổn định dòng. Được ứng dụng nhiều trong mạch lọc tần số.
Công dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm có công dụng tương tự như một tụ điện cản dòng điện xoay chiều để dòng điện 1 chiều được đi qua tự do. Chúng còn có thể tạo ra bộ lọc và bộ dao động. Một số ứng dụng thường thấy:
- Loa: Khi dòng điện âm tần đi qua cuộn cảm của loa sẽ tạo ra từ trường biến thiên. Lúc này từ trường nam châm sẽ đẩy làm cuộn dây dao động làm mang loa gắn với nó dao động theo và phát ra âm thanh.
- Micro: Âm thanh được micro thu sẽ chuyển thành dòng điện, màng của micro có cấu tạo mỏng để âm thanh khi tác động vô chúng sẽ dễ dàng dao động hơn.
- Relay: Cuộn cảm trong relay sẽ biến dòng điện đi qua thành từ trường. Từ đó từ trường tạo thành lực hút tác động khiến lực cơ học đóng mở công tắc,…
- Máy biến áp: Cuộn cảm đưa ra điện áp được quấn quanh lõi biến áp.
- Motor: nhằm biến đổi điện năng thành cơ năng.
- …
Các loại cuộn cảm
Ở phần trên của bài chúng ta đã tìm hiểu các thông tin cơ bản về cuộn cảm là gì? Ở phần tiếp theo ta sẽ tìm hiểu về các loại cuộn cảm được sử dụng phổ biến hiện nay.
Cuộn cảm được phân chia thành nhiều dạng khác nhau có thể dựa vào ứng dụng, tần số và thiết kế riêng của từng loại mà phân biệt. Như dưới đây là một trong những loại cuộn cảm điển hình.
- Cuộn cảm có lõi nhiều lớp: Bao gồm 1 ống dây và 1 lõi nhiều lớp và 1 cuộn dây quấn quanh ống dây. Có thể ứng dụng cho các bộ lọc nhiễu hay sạc các phương tiện giao thông bằng điện.
- Cuộn cảm lõi không khí: Cuộn cảm này thường có hình trụ với vật liệu lõi là không khí được sử dụng cho các ứng dụng có tần số cao do có độ thấm thấp và độ tự cảm thấp. Một số ứng dụng như là: cuộn điều chỉnh RF, mạch lọc, bộ thu TV và radio,…
- Cuộn cảm lõi Ferrite: Lõi Ferrite được trộn từ oxit sắt với oxit kim loại như Mg, Mn, Zn,… loại cuộn cảm này có độ thấm, điện trở cao làm tổn thất dòng điện thấp. Nhờ khả năng này nên chúng phù hợp với các ứng dụng tần số cao như: mạch công tắc, bộ lọc pi,…
- Cuộn cảm ống dây: Chúng được tạo thành từ 1 dây dẫn bên trong ống dây hình trụ và được bảo vệ bên ngoài bằng ống co với lõi là Ferrite. Tuy nhiên kích thước của chúng khá nhỏ nên chỉ phù hợp với các ứng dụng adapter nguồn như: mạch SMPS, bộ lọc đầu ra và đầu vào, bộ lọc pi,…
- Cuộn cảm lõi hình xuyến: Chúng có hình dáng như 1 bánh donut được quấn quanh bằng dây dẫn tạo thành hình xuyến và có lõi Ferrite. Do hình dáng của chúng là vòng kín nên từ trường tại đây rất tốt. Một số ứng dụng được dùng như: các thiết bị y tế, bộ điều chỉnh công tắc,…
- Cuộn cảm vòng màu: Chúng được cấu tạo từ một dây đồng mỏng quấn quanh lõi Ferrite, trải qua quá trình đúc các giá trị sẽ được in dưới các dải màu. Ứng dụng cho: bộ lọc dòng, chuyển đổi tăng cường,…
- Cuộn cảm dán: Loại cuộn cảm này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng gắn PCB và lớp chắn để giảm tiếng ồn từ cuộn cảm. Dây dẫn sẽ được cuộn theo hình trụ và được bảo vệ bởi lớp vỏ dạng Ferrite được chế tạo đặc biệt. Dùng cho: ứng dụng PDA cho các thiết bị, bộ chuyển đổi dòng POL, thiết bị chạy bằng pin,…
- Cuộn cảm ghép: Là cuộn cảm được tạo thành với hai dây dẫn chung một lõi có thể kết nối nối tiếp, song song. Ứng dụng: chuyển đổi flyback, SEPIC, Cuk,…
- Cuộn cảm chip nhiều lớp: Cuộn cảm này bao gồm nhiều lớp từ những tấm mỏng làm từ ferrite. Ứng dụng: các thiết bị đeo nhỏ, mạng LAN không dây, Bluetooth, bo mạch chủ,…
