Tụ điện trong mạch AC : Các tụ điện được kết nối với nguồn cung cấp hình sin tạo ra điện kháng do ảnh hưởng của tần số nguồn cung cấp và kích thước tụ điện.
Khi các tụ điện được kết nối qua điện áp cung cấp dòng điện một chiều, chúng trở nên được tích điện đến giá trị của điện áp đặt vào, hoạt động giống như thiết bị lưu trữ tạm thời và duy trì hoặc giữ điện tích này vô thời hạn miễn là có điện áp nguồn.
Trong quá trình sạc này, một dòng điện (i) sẽ chạy vào tụ điện chống lại bất kỳ sự thay đổi nào của điện áp với tốc độ bằng với tốc độ thay đổi của điện tích trên các tấm.
Dòng sạc này có thể được định nghĩa là: i = CdV / dt. Khi tụ điện được “sạc đầy”, tụ điện sẽ chặn dòng chảy của bất kỳ electron nào nữa lên các bản của nó khi chúng đã bão hòa. Tuy nhiên, nếu chúng ta sử dụng nguồn điện xoay chiều hoặc xoay chiều, tụ điện sẽ luân phiên sạc và phóng điện với tốc độ được xác định bởi tần số của nguồn cung cấp. Khi đó điện dung trong mạch điện xoay chiều thay đổi theo tần số khi tụ điện được tích điện và phóng điện liên tục.
Chúng ta biết rằng dòng electron lên các bản của tụ điện tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của hiệu điện thế trên các bản đó. Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng các tụ điện trong mạch điện xoay chiều thích truyền dòng điện khi điện áp trên các bản của nó liên tục thay đổi theo thời gian như trong tín hiệu điện xoay chiều, nhưng nó không thích truyền dòng điện khi điện áp đặt vào có giá trị không đổi. chẳng hạn như tín hiệu DC. Hãy xem xét mạch dưới đây.
Sơ đồ Tụ điện trong mạch AC
Trong đoạn mạch thuần cảm trên, tụ điện được mắc nối tiếp trực tiếp qua nguồn điện xoay chiều. Khi điện áp cung cấp tăng và giảm, tụ điện sẽ sạc và phóng điện theo sự thay đổi này. Chúng ta biết rằng dòng điện nạp tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của điện áp trên các tấm với tốc độ thay đổi này lớn nhất khi điện áp nguồn chuyển từ nửa chu kỳ dương sang nửa chu kỳ âm của nó hoặc ngược lại tại các điểm, 0 o và 180 o dọc theo sóng sin.
Do đó, tốc độ thay đổi điện áp nhỏ nhất xảy ra khi sóng hình sin AC đi qua đỉnh dương cực đại của nó ( + V MAX ) và đỉnh âm cực tiểu của nó, ( -V MAX ). Tại hai vị trí này trong chu kỳ, điện áp hình sin không đổi, do đó tốc độ thay đổi của nó bằng không, do đó dv / dt bằng không, dẫn đến thay đổi dòng điện trong tụ điện bằng không. Do đó khi dv / dt = 0, tụ điện hoạt động như một mạch hở, vì vậy i = 0 và điều này được hiển thị dưới đây.
Sơ đồ pha tụ điện trong mạch AC
Ở 0 o tốc độ thay đổi của điện áp nguồn đang tăng theo chiều dương dẫn đến dòng nạp cực đại tại thời điểm đó. Khi điện áp đặt vào đạt giá trị đỉnh cực đại ở 90 o trong một thời gian rất ngắn, điện áp nguồn không tăng hoặc giảm nên không có dòng điện chạy qua mạch.
Khi điện áp đặt vào bắt đầu giảm đến không ở 180 o , độ dốc của điện áp là âm nên tụ phóng điện theo chiều âm. Tại điểm 180 o dọc theo đường dây, tốc độ thay đổi của điện áp lại ở mức cực đại để dòng điện cực đại chạy tại thời điểm đó, v.v.
Sau đó, chúng ta có thể nói rằng đối với tụ điện trong mạch điện xoay chiều, dòng điện tức thời ở mức cực tiểu hoặc bằng không bất cứ khi nào điện áp đặt ở giá trị cực đại và tương tự giá trị tức thời của dòng điện ở giá trị cực đại hoặc giá trị đỉnh khi điện áp đặt ở giá trị nhỏ nhất hoặc bằng không.
Từ dạng sóng trên, chúng ta có thể thấy rằng dòng điện đang dẫn điện áp bằng 1/4 chu kỳ hoặc 90 o như biểu đồ vector. Khi đó, chúng ta có thể nói rằng trong một đoạn mạch thuần điện dung, hiệu điện thế xoay chiều trễ hơn dòng điện một góc 90 o .
Chúng ta biết rằng cường độ dòng điện chạy qua điện dung trong mạch điện xoay chiều ngược với tốc độ thay đổi của điện áp đặt vào nhưng cũng giống như điện trở, tụ điện cũng có một số dạng đề kháng đối với dòng điện chạy qua mạch, nhưng với tụ điện trong mạch điện xoay chiều. mạch điện trở xoay chiều này được gọi là Điện kháng hoặc thông thường hơn trong các mạch tụ điện, Dung kháng , vì vậy điện dung trong các mạch điện xoay chiều chịu Phản ứng điện dung .
Phản ứng điện dung
Phản ứng điện dung trong mạch thuần điện dung là phản ứng đối lập với dòng điện chỉ trong mạch xoay chiều. Giống như điện trở, điện trở cũng được đo bằng Ohm nhưng được ký hiệu X để phân biệt với giá trị điện trở thuần túy. Vì điện kháng là một đại lượng cũng có thể được áp dụng cho cuộn cảm cũng như tụ điện, khi được sử dụng với tụ điện, nó thường được gọi là Điện trở điện dung .
Đối với tụ điện trong mạch điện xoay chiều, điện kháng có ký hiệu là Xc . Sau đó, chúng ta thực sự có thể nói rằng Điện trở điện dung là một giá trị điện trở của tụ điện thay đổi theo tần số. Ngoài ra, điện kháng phụ thuộc vào điện dung của tụ điện trong Farads cũng như tần số của dạng sóng AC và công thức được sử dụng để xác định điện dung được đưa ra như sau:
Phản ứng điện dung
Ở đâu: F ở Hertz và C ở Farads. 2πƒ cũng có thể được gọi chung là chữ cái Hy Lạp Omega , ω để biểu thị tần số góc.
Từ công thức điện dung ở trên, có thể thấy rằng nếu một trong hai Tần số hoặc Điện dung được tăng lên thì điện dung tổng thể sẽ giảm. Khi tần số gần đến vô cùng, điện trở của tụ điện sẽ giảm xuống 0 hoạt động như một vật dẫn hoàn hảo.
Tuy nhiên, khi tần số gần bằng không hoặc DC, điện trở của tụ điện sẽ tăng lên đến vô cùng, hoạt động giống như một điện trở rất lớn. Điều này có nghĩa là sau đó điện trở điện dung là ” Tỷ lệ nghịch ” với tần số cho bất kỳ giá trị nhất định nào của Điện dung và điều này được hiển thị bên dưới:
Phản ứng điện dung chống lại tần số
Điện kháng của tụ điện giảm khi tần số trên tụ điện tăng lên, do đó điện kháng tỷ lệ nghịch với tần số.
Đối lập với dòng điện, điện tích tĩnh điện trên các bản tụ (giá trị điện dung xoay chiều của nó) không đổi khi tụ điện dễ dàng hấp thụ hoàn toàn sự thay đổi điện tích trên các bản của nó trong mỗi nửa chu kỳ.
Ngoài ra khi tần số tăng, dòng điện chạy qua tụ điện tăng giá trị bởi vì tốc độ thay đổi điện áp trên các bản của nó tăng lên.
Khi đó, chúng ta có thể thấy rằng ở điện một chiều, tụ điện có điện kháng vô hạn (hở mạch), ở tần số rất cao, tụ điện có điện kháng bằng không (ngắn mạch).
Ví dụ về Tụ điện trong mạch AC No1
Tìm cường độ dòng điện chạy trong mạch điện dung xoay chiều khi mắc tụ điện 4μF qua nguồn 880V, 60Hz.
Trong mạch điện xoay chiều, dòng điện hình sin qua tụ điện dẫn đến hiệu điện thế 90 o , biến thiên theo tần số khi tụ điện liên tục được tích điện và phóng điện bằng điện áp đặt vào. Trở kháng AC của tụ điện được gọi là Điện kháng và khi chúng ta đang xử lý các mạch tụ điện, thường được gọi là Điện trở điện dung , X C
Ví dụ về Tụ điện trong mạch AC số 2.
Khi một tụ điện bản song song được nối với nguồn điện xoay chiều 60Hz, người ta thấy nó có điện trở 390 ôm. Tính giá trị của tụ điện theo vi sai.
Điện trở điện dung này tỷ lệ nghịch với tần số và tạo ra sự đối nghịch với dòng điện xung quanh mạch xoay chiều .