Cuộn cảm cùng với điện trở và tụ điện là những linh kiện điện tử được sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị điện. Nhiệm vụ của chúng tưởng chừng như khác nhau nhưng lại có khá nhiều điểm tương đồng. Trong chuyên mục tìm hiểu các thiết bị điện hôm nay chúng ta sẽ đi sâu để có những hiểu biết thêm về thiết bị này.
Cuộn cảm là gì?
Cuộn cảm được biết đến là một linh kiện điện tử thụ động dùng để chứa từ trường và là thiết bị điện được cấu tạo bởi một cuộn dây dẫn quấn thành nhiều vòng. Trong đó, lõi của cuộn cảm có thể là vật liệu dẫn từ hay lõi thép kỹ thuật.
Mặc dù cuộn cảm không phải là một thành phần quen thuộc trong mạch điện tử. Nhưng nó lại là một trong những thành phần khá rắc rối và có nhiều công dụng trong mạch điện.
Công dụng của cuộn cảm
Trong mạch điện tử, cuộn cảm là vật dụng dùng để dẫn dòng điện một chiều. Ghép nối hay ghép song song với tụ để tạo thành mạch cộng hưởng. Trong mạch điện, cuộn cảm có tác dụng chặn dòng điện cao tần
Dựa vào cấu tạo và phạm vi ứng dụng mà người ta phân chia cuộn cảm thành những loại chính sau: cuộn cảm âm tần, cuộn cảm trung tần và cuộn cảm cao tần.
Cấu tạo của cuộn cảm.
Cuộn cảm cao tần, và âm tần bao gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cách điện, lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi thép kỹ thuật.
Ký hiệu cuộn dây trên sơ đồ
L1 là cuộn dây lõi không khí, L2 là cuộn dây lõi ferit, L3 là cuộn dây có lõi chỉnh, L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật.
2. Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm.
a) Hệ số tự cảm ( định luật Faraday)
Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua.
L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l
- L : là hệ số tự cảm của cuôn dây, đơn vị là Henrry (H)
- n : là số vòng dây của cuộn dây.
- l : là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét (m)
- S : là tiết diện của lõi, tính bằng m2
- µr : là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi .
b) Cảm kháng
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 .
ZL = 2.314.f.L
- Trong đó : ZLlà cảm kháng, đơn vị là Ω
- f : là tần số đơn vị là Hz
- L : là hệ số tự cảm , đơn vị là Henry
* Thí nghiệm trên minh hoạ : Cuộn dây nối tiếp với bóng đèn sau đó được đấu vào các nguồn điện 12V nhưng có tần số khác nhau thông qua các công tắc K1, K2 , K3 , khi K1 đóng dòng điện một chiều đi qua cuộn dây mạnh nhất ( Vì ZL = 0 ) => do đó bóng đèn sáng nhất, khi K2 đóng dòng điện xoay chỉều 50Hz đi qua cuộn dây yếy hơn ( do ZL tăng ) => bóng đèn sáng yếu đi, khi K3 đóng , dòng điện xoay chiều 200Hz đi qua cuộn dây yếu nhất ( do ZL tăng cao nhất) => bóng đèn sáng yếu nhất.
=>Kết luận : Cảm kháng của cuộn dây tỷ lệ với hệ số tự cảm của cuộn dây và tỷ lệ với tần số dòng điện xoay chiều, nghĩa là dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì đi qua cuộn dây càng khó, dòng điện một chiều có tần số f = 0 Hz vì vậy với dòng một chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = 0
c) Điện trở thuần của cuộn dây.
Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần còn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động.
Tính chất nạp , xả của cuộn cảm
* Cuộn dây nạp năng lương : Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo công thức
W = L.I2 / 2
- W : năng lượng ( June )
- L : Hệ số tự cảm ( H )
- I dòng điện.
Kết Luận:
Ở thí nghiệm trên : Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần ( do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột ngột ) vì vậy bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2 đóng , năng lương nạp trong cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => đó là hiên tượng cuộn dây xả điện.
