Cấu tạo cuộn cảm và các đại lượng đặc trưng

1. Khái niệm
Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động, thường dùng trong mạch điện có dòng điện biến đổi theo thời gian (như các mạch điện xoay chiều). Lưu trữ năng lượng ở dạng từ năng (năng lượng của từ trường tạo ra bởi cuộn cảm khi dòng điện đi qua); và làm dòng điện bị trễ pha so với điện áp một góc bằng 90°. Cuộn cảm được đặc trưng bằng độ tự cảm, đo trong hệ đo lường quốc tế theo đơn vị henri (H). Cuộn cảm có độ tự cảm càng cao thì càng tạo ra từ trường mạnh và dự trữ nhiều năng lượng.


Kí hiệu của cuộn cảm

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 ) / LL : 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 = 2.3,14.f.LTrong đó : ZL là cảm kháng, đơn vị là Ω
f : là tần số đơn vị là Hz
L : là hệ số tự cảm , đơn vị là Henr


Thí nghiệm về cảm kháng của cuộn dây với dòng điện xoay chiều* 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 yếu 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 và ứng dụngCuộn 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.I (2) / 2W : năng lượng ( June )
L : Hệ số tự cảm ( H )
I dòng điện.

Thí nghiệm vui

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.

Ứng dụng : Cuộn cảm có nhiêu ứng dụng trong các mạch điện tử như lọc nguồn , lọc tín hiệu, tích lũy năng lượng…