Cuộn cảm được mọi người biết đến là linh kiện điện tử dùng để chứa từ trường được cấu thành bởi một sợi dây quấn thành nhiều vòng. Đây được xem là một bộ phận khá quan trọng để nâng cấp những chiếc loa âm thanh hay thay thế cho máy biến áp hoặc rơle điện. Vậy cuộn cảm là gì và nó có mắc hay không?
Khái niệm sơ lược về cuộn cảm
Cuộn cảm hay cuộn từ được định nghĩa là một linh kiện thụ động có cấu tạo từ một dây dẫn được quấn thành nhiều vòng bằng nhau và lõi của dây dẫn có thể là không khí hoặc những vật liệu có tính dẫn từ. Trong quá trình dòng điện chạy qua cuộn từ sẽ sinh ra từ trường và đơn vị của từ trường sinh ra gọi là độ tự cảm Henry kí hiệu là H.
Cuộn cảm được cấu thành bởi gì ?
Cấu tạo cuộn từ khá đơn giản, chúng thường được cấu tạo bởi một sợi dây dài được quấn quanh nhiều vòng giống nhau với một vật liệu mang từ tính được gọi là lõi.
Thông thường lõi của cuộn cảm được làm bằng không khí hoặc nam châm. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, lõi của cuộn từ sẽ tác dụng với dòng điện tạo thành một từ trường xung quanh nó. Nếu muốn tạo ra từ trường mạnh hơn người ta sẽ ưu tiên chọn nam châm để làm lõi.
Nguyên lý cơ chế hoạt động của cuộn cảm
Nguyên lý hoạt động của cuộn từ cảm đều dựa trên sự phát sinh từ trường của lõi khi tác dụng với dòng điện của cuộn dây. Trong trường hợp chúng ta đã có cho mình một cuộn cảm, ta cho dòng điện một chiều hay gọi là dòng điện DC chạy qua cuộn từ.
Lúc này dòng điện sẽ tạo ra một từ trường B có chiều và cường độ không đổi theo thời gian ứng với cường độ và chiều của dòng điện tạo ra nó. Bởi vì dòng điện DC có tần số là 0 nên cuộn dây để tạo thành vòng dây bên ngoài lõi xem như có điện trở kháng bằng 0.
Cuộn cảm được chia thành bao nhiêu loại ?
Dựa vào những thành phần cấu tạo nên cuộn cảm và phạm vi ứng dụng trong thực tế người ta chia cuộn từ cảm thành thành nhiều loại khác nhau. Dưới đây chúng tôi xin liệt kê những loại cuộn từ thường xuyên gặp nhất.
Cuộn cảm- lõi nhiều lớp
Đây là loại cuộn cảm được cấu tạo bằng một ống dây, một lõi gồm nhiều lớp khác nhau và một cuộn dây dùng để quấn quanh ống dây. Để có thể tạo thành một cuộn cảm nhiều lớp thì đòi hỏi dây dẫn phải được quấn quanh ống dây của cuộn từ cảm.
Sau đó lắp các tấm hình chữ E và chữ I được đặt bên trong ống dây để tạo thành lõi. Lúc này các tấm E và I sẽ được làm từ thép kết hợp với silicon để có thể xử lý nhiệt tạo độ thấm cao và làm giảm độ trễ.
Cuộn cảm có lõi không khí
Để tạo ra cuộn cảm có lõi bằng không khí ta cần một vật liệu hình trụ để làm lõi quấn, chúng ta có thể quấn quanh vật liệu hình trụ đó cho định hình rồi lấy vật liệu hình trụ đó ra.
Một cuộn cảm lõi không khí sẽ được định hình ổn định bằng cách nhúng chúng vào trong chất vecni hay phủ bảo vệ chúng bằng sáp. Thông thường với những loại cuộn từ cảm lõi không khí như vậy thì sẽ có độ thấm khá và độ tự cảm khá thấp nên thích hợp dành cho tần số cao.
Cuộn từ cảm lõi Ferrite
Cuộn từ này có cấu tạo từ một dây dẫn quấn quanh lõi Ferrite tạo thành một cuộn cảm lõi Ferrite. Vậy loại cuộn cảm này khi nào chúng ta nên sử dụng chúng? Thông thường chúng được sử dụng ở những tần số điện từ cao và trung.
Để tạo ra lõi Ferrite ta trộn oxit sắt kết hợp cùng với một số oxit kim loại như Magie, kẽm ở nhiệt độ dao động từ 1000 độ C đến 1300 độ C. Sau quá trình nấu chảy sẽ tạo ra một khối có từ tính gọi là ferrite. Với loại cuộn từ ferrite sẽ có độ thấm và điện trở cao nên chúng khá phù hợp trong những tần số cao.
Cha đẻ của cuộn cảm là ai ?
Theo nhiều nguồn tin đáng tin cậy, Michael Faraday được cho là người đã phát minh ra cuộn cảm. Ông được cả thế giới biết đến với lý do ông là người đã có công lớn nhất trong việc biến đổi từ trường thành điện năng – nguồn năng lượng được sử dụng nhiều nhất ở hiện tại. Với phát hiện này, ông trở thành một trong những nhà khoa học bất tử trong lòng nhân loại.
Niềm yêu thích điện của ông
Faraday đã dùng hết thời gian của ông để nghiên cứu và hóa học và ông vẫn giữ cho mình niềm đam mê về điện. Đến năm 1820, một số nhà khoa học Đan Mạch cho thấy rằng dòng điện khi đi qua dây dẫn sẽ phát sinh từ trường xung quanh.
Vào những năm sau đó ông đã phát triển công trình của những nhà khoa học Đan Mạch ấy bằng cách cho thấy rằng dòng điện có thể được tạo ra bằng cách khi cho nam châm di chuyển xung quanh dây dẫn hoặc dây dẫn di chuyển xung quanh nam châm và đây là cội nguồn của thiết bị phát điện xoay chiều.
Faraday và những câu chuyện về máy phát điện
Cũng vào năm 1821 ông được vinh hạnh nhận làm thành viên của hội hoàng gia, đây là một hội bao gồm những chuyên gia những nhà khoa học đứng hàng đầu để có thể đứng ra trao đổi và khám phá những ý kiến của họ. Vào thời gian đó với những thí nghiệm đã cho thấy rằng điện có thể sinh ra từ trường mặc dù nhiều nhà khoa học không tin sự thật rằng từ trường có thể sinh ra điện.
Và công trình chứng minh từ trường cũng có thể sinh ra điện được thành công vào năm 1831. Lúc này những nhà khoa học Anh đã dùng một cuộn dây điện để quấn quanh một thanh sắt để có thể tạo ra một từ trường mạnh hơn.
Một nhà khoa học Mỹ đã thêm vỏ cách điện cho dây, đây là một bức cải tiến để tăng cường độ mạnh của từ trường từ thí nghiệm của những nhà khoa học Anh. Bằng cách biến những thanh sắt từ một khối hộp chữ nhật thành một vòng tròn hoàn chỉnh để có thể quấn những sợi dây có vỏ cách điện Faraday đã sáng chế ra phát minh vĩ đại nhất của cuộc đời mình là máy biến áp.
Với phát minh của ông đã tạo ra một bước ngoặt lớn cho sự phát triển của nhân loại sau này. Bởi vì điện được tạo ra và truyền tải với một mức điện áp rất cao khiến cho những vật liệu dân dụng không thể sử dụng được nguồn điện đó, máy biến áp của ông là một phần không thể thiếu để có thể chuyển đổi từ một dòng điện cao áp thành một dòng điện sinh hoạt.
Ứng dụng thiết bị cuộn từ vào trong cuộc sống
Ngày nay, có thể xem cuộn cảm là một trong những linh kiện được ứng dụng nhiều nhất trong cuộc sống. Sau đây, chúng tôi sẽ tổng hợp cho bạn một số ứng dụng của cuộn cảm mà chúng ta có thể dễ dàng thấy được trong cuộc sống:
Nam châm điện
Đây là ứng dụng phổ biến nhất của cuộn cảm trong cuộc sống. Ứng dụng này được sử dụng dựa trên nguyên lý về từ trường. Đó là khi có một lõi thép quấn bên ngoài một cuộn cảm và có dòng điện đi qua đó thì lõi thép sẽ có tác dụng như một chiếc nam châm có thể hút các kim loại khác.
Rơ le
Thiết bị này được cấu tạo từ một cuộn cảm và một cơ cấu khí. Nguyên lý hoạt động của rơ le cũng tương tự như nam châm đó là dựa trên từ trường. Trong trường hợp có điện, chân NC và chân trung của rơ le sẽ thông với nhau và dòng điện đi qua có thể làm ngắt các điểm trên mạch điện. Từ đó, chúng ta có thể áp dụng điều này để điều khiển các thiết bị khác.
Bộ lọc thông
Linh kiện trên còn có thể được áp dụng trong bộ lọc thông với khả năng lọc tạp âm trong âm thanh bất kỳ. Trường hợp này, linh kiện sẽ được mắc nối tiếp với điện trở trong mạch điện.
Nguồn xung và lọc điện áp xung
Hiện nay có hai loại nguồn xung đó là nguồn xung tăng áp và nguồn xung hạ áp. Người ta có thể áp dụng nguyên lý hoạt động của linh kiện này cùng với khả năng cản trở dòng điện của nó để thực hiện nhiệm vụ này.
Máy biến áp
Máy biến áp là một vật có thể dễ dàng thấy được trong các gia đình. Chẳng hạn, trong trường hợp bạn mua một món đồ điện tử của nước ngoài nhưng nước đó sử dụng nguồn điện có hiệu điện thế không giống với nước ta thì lúc này bạn cần phải có một chiếc máy biến áp mới có thể sử dụng được thiết bị đó.
Trong máy biến áp, cuộn cảm sẽ bao gồm một cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Để có thể sử dụng được thiết bị này, khách hàng cần nắm rõ nguyên lý hoạt động của nó đó là muốn tăng hiệu điện thế đầu ra thì phải giảm số vòng dây còn nếu muốn giảm thì phải tăng số vòng dây.
Như đã nói ở trên, máy biến áp được sử dụng nhiều trong đời sống như để biến đổi điện áp của một số đồ dùng điện tử trong gia đình. Ngoài ra, trong các trạm biến áp, người ta sử dụng thiết bị này để giúp hạ điện áp từ đường dây cao thế có hiệu điện thế rất cao xuống. Nhờ đó, điện áp tiêu thụ trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta có thể được giảm xuống.
Motor
Cuộn cảm có thể được áp dụng trong motor với mục đích biến đổi điện năng thành cơ năng. Chúng sẽ được tạo thành từ việc quấn một cuộn dây đồng quanh trục motor và sau đó sẽ nhờ vào hiện tượng cảm ứng điện từ để tạo ra momen cho động cơ quay. Và ứng dụng này có thể được sử dụng để kiểm soát tín hiệu đèn giao thông.
Kết luận
Bên trên là những thông tin cơ bản nhất về cuộn cảm và các ứng dụng của loại linh kiện này. Hy vọng sau bài viết hôm nay, bạn đã có thể giải đáp được các thắc mắc của bản thân cũng như thu thập được nhiều kiến thức cần thiết khác. Cảm ơn bạn vì đã lựa chọn theo dõi bài viết ngày hôm nay của chúng tôi.