Cuộn cảm là một thành phần không thể thiếu trong các thiết bị công nghiệp hiện đại. Với chức năng lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường và điều chỉnh dòng điện trong mạch, cuộn cảm đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của hệ thống điện. Từ việc giảm nhiễu, ổn định dòng điện đến bảo vệ các linh kiện điện tử trước những biến động điện áp, cuộn cảm góp phần tối ưu hóa hoạt động của các thiết bị, từ máy móc sản xuất quy mô lớn đến các hệ thống tự động hóa tiên tiến. 

Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và vai trò thiết yếu của cuộn cảm trong ứng dụng công nghiệp, cũng như những lợi ích mà nó mang lại cho các hệ thống điện tử và cơ điện tử hiện đại.

Khái niệm

Cuộn cảm (inductor) là một linh kiện điện tử có chức năng tạo ra từ trường và lưu trữ năng lượng trong từ trường đó. Nó được cấu tạo từ một hoặc nhiều vòng dây dẫn điện quấn quanh một lõi từ.

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, từ trường sẽ xuất hiện xung quanh cuộn dây và năng lượng được lưu trữ trong từ trường này. Khi dòng điện thay đổi, từ trường cũng thay đổi theo, tạo ra hiện tượng cảm ứng điện từ.

Ký hiệu cuộn cảm

Ký hiệu cuộn cảm đơn giản. Dưới đây là bảng ký hiệu cuộn cảm của một số loại khác nhau.

Phân loại cuộn cảm

Có nhiều loại cuộn cảm được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng khác nhau, chủ yếu nhằm tạo ra từ trường mạnh. Dưới đây là một số loại cuộn cảm phổ biến và ứng dụng của chúng:

Cuộn cảm ghép

Loại cuộn cảm này được cấu tạo từ hai dây dẫn chung một lõi, có thể được kết nối theo kiểu nối tiếp hoặc song song. Các ứng dụng phổ biến của cuộn cảm ghép bao gồm bộ chuyển đổi flyback, SEPIC và Cuk.

Cuộn cảm chip nhiều lớp

Được tạo thành từ các tấm ferrite mỏng, kết hợp với các dải kim loại đặc biệt xếp chồng lên nhau để hình thành các cuộn dây.

Cuộn cảm ống dây

Bao gồm một dây dẫn nằm trong ống dây, được bọc bảo vệ bởi ống co và có lõi làm từ ferrite. Nhờ kích thước nhỏ gọn, loại cuộn cảm này thường được ứng dụng trong các adapter nguồn, như mạch SMPS, bộ lọc đầu vào và đầu ra,…

Cuộn cảm lõi ferrite

Loại này phổ biến nhất nhờ khả năng kiểm soát độ thẩm thấu bằng cách điều chỉnh tỷ lệ giữa ferrite và epoxy.

Cuộn cảm vòng màu

Được chế tạo bằng dây đồng mảnh quấn quanh lõi ferrite, với giá trị được biểu thị qua các dải màu. Loại cuộn cảm này thường được sử dụng trong các bộ lọc dòng và mạch chuyển đổi tăng cường.

Cuộn cảm lõi hình xuyến

Cuộn cảm có hình dạng giống như bánh donut, với dây dẫn quấn quanh tạo thành hình xuyến và lõi làm từ ferrite. Loại cuộn cảm này thường được sử dụng trong các thiết bị y tế và các bộ điều chỉnh công tắc.

Ứng dụng cuộn cảm

Cuộn cảm đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng trong mạch điện và điện tử, bao gồm:

Lọc tín hiệu

Cuộn cảm được sử dụng trong các mạch lọc để loại bỏ các thành phần tần số cao hoặc thấp không mong muốn trong tín hiệu, như trong nguồn cấp điện để loại bỏ các tín hiệu xoay chiều không cần thiết.

Chống nhiễu

Cuộn cảm có khả năng ngăn chặn tín hiệu nhiễu, bảo vệ các thiết bị điện tử khỏi tác động từ môi trường bên ngoài, ví dụ như trong các mạch điều khiển hoặc mạch có tín hiệu yếu để lọc nhiễu từ các nguồn bên ngoài.

Điều chỉnh tần số

Cuộn cảm được sử dụng trong các mạch dao động để tạo ra tín hiệu có tần số ổn định và chính xác, chẳng hạn như trong các bộ thu phát radio để điều chỉnh tần số của mạch dao động.

Lưu trữ năng lượng

Cuộn cảm có khả năng lưu trữ năng lượng tạm thời khi có sự thay đổi dòng điện, như trong các mạch chuyển đổi điện áp để lưu trữ năng lượng trong quá trình chuyển đổi điện áp.