Tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều là gì?
Tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều :
Trong mạch điện xoay chiều , tụ điện đổi chiều các điện tích của nó khi dòng điện xoay chiều và tạo ra điện áp trễ (nói cách khác, tụ điện cung cấp dòng điện dẫn trong mạch và mạng xoay chiều)
Tác dụng của tụ điện trong mạch điện một chiều:
Trong mạch điện một chiều, tụ điện sau khi được tích điện bằng điện áp đặt vào sẽ đóng vai trò như một công tắc mở .
- Bài viết liên quan: Sự khác biệt giữa pin và tụ điện
Hãy giải thích chi tiết, nhưng chúng ta sẽ quay lại những điều cơ bản về tụ điện trước để thảo luận về vấn đề này.
Tụ điện là gì?
Tụ điện là một thiết bị điện có hai đầu cực dùng để tích trữ năng lượng điện dưới dạng điện trường giữa hai bản tụ điện. Nó còn được gọi là tụ điện và đơn vị SI đo điện dung của nó là Farad “F”, trong đó Farad là đơn vị điện dung lớn, vì vậy ngày nay họ đang sử dụng microfarads (µF) hoặc nanofarads (nF).
Tụ điện tương tự như pin, vì cả hai đều lưu trữ năng lượng điện. Tụ điện là một thiết bị đơn giản hơn nhiều, không thể tạo ra các electron mới nhưng lại lưu trữ chúng. Bên trong tụ điện, các cực nối với hai bản kim loại được ngăn cách bằng vật liệu điện môi (chẳng hạn như giấy, mica và gốm), ngăn cách các bản và cho phép chúng giữ các điện tích trái dấu duy trì điện trường.
Tụ điện có thể hữu ích để lưu trữ điện tích và nhanh chóng phóng điện vào tải. Hiểu một cách đơn giản, tụ điện cũng hoạt động như một cục pin nhỏ có thể sạc lại được. Ký hiệu điện tương đương của các loại tụ điện khác nhau được đưa ra dưới đây:
Bây giờ, chúng ta đã biết khái niệm về sự tích điện của tụ điện và cấu trúc của nó, nhưng bạn có biết Điện dung là gì không? điện dung là khả năng của tụ điện để lưu trữ điện tích vào nó. Có một số yếu tố ảnh hưởng đến điện dung.
- Diện tích của bản tụ
- Khoảng cách giữa các bản
- Hằng số điện của vật liệu cách điện
Bài viết liên quan: Các loại tụ điện
Tụ điện có phạm vi ứng dụng rộng trong thiết bị điện tử , chẳng hạn như lưu trữ năng lượng, điện lạnh, sửa chữa hệ số công suất, dao động và lọc.
Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ giải thích cho bạn cách sử dụng tụ điện trong mạch điện tử. Có ba cách để kết nối một tụ điện trong một mạch điện tử,
- Tụ điện nối tiếp
- Tụ điện song song
- Tụ điện trong mạch AC
- Tụ điện trong mạch DC
Tụ điện hoạt động như thế nào?
Làm việc và xây dựng một tụ điện
Bất cứ khi nào điện áp được đặt trên các đầu cực của nó, (Còn được gọi là sạc tụ điện) thì dòng điện bắt đầu chạy và tiếp tục truyền cho đến khi điện áp trên cả bản cực âm và dương (Cực dương và Cực âm) bằng với điện áp của nguồn (Vôn). Hai bản tụ này được ngăn cách bởi một vật liệu điện môi (như mica, giấy, thủy tinh,… là chất cách điện), dùng để tăng điện dung của tụ điện.
Khi chúng ta kết nối một tụ điện tích điện qua một tải nhỏ, nó sẽ bắt đầu cung cấp điện áp (Năng lượng được lưu trữ) cho tải đó cho đến khi tụ điện phóng điện hoàn toàn.
Tụ điện có nhiều hình dạng khác nhau và giá trị của chúng được đo bằng farad (F). Tụ điện được sử dụng trong cả hệ thống AC và DC (Chúng tôi sẽ thảo luận về nó bên dưới).
Điện dung (C):
Điện dung là lượng điện tích di chuyển trong tụ điện (Tụ điện), khi nguồn điện một vôn được mắc vào 2 đầu của nó.
Về mặt toán học,
Phương trình điện dung:
C = Q / V
Ở đâu,
- C = Điện dung tính bằng Farads (F)
- Q = Điện tích tính bằng Coulombs
- V = Điện áp tính bằng Volts
Chúng tôi sẽ không đi chi tiết quá về tụ điện vì mục đích cơ bản của cuộc thảo luận này là giải thích Tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều và DC. Để hiểu khái niệm cơ bản này, chúng ta phải hiểu các loại tụ điện cơ bản liên quan đến chủ đề của chúng ta (vì có rất nhiều loại tụ điện và chúng ta sẽ thảo luận về các loại tụ điện sau trong một bài đăng khác vì nó không liên quan đến câu hỏi).
Tụ điện nối tiếp
Làm thế nào để kết nối tụ điện nối tiếp?
Mắc nối tiếp không có tụ điện nào được mắc trực tiếp vào nguồn. Để kết nối chúng theo chuỗi, bạn cần nối chúng từ đầu đến cuối, như thể hiện trong hình ảnh dưới đây,
Khi mắc nối tiếp các tụ điện thì tổng điện dung sẽ giảm. Do đó, mắc nối tiếp nên dòng điện qua các tụ điện sẽ bằng nhau. Ngoài ra, điện tích được tích trữ bởi bản tụ điện sẽ giống nhau vì nó đến từ bản của tụ điện liền kề.
Vì thế,
I T = I 1 + I 2 + I 3 +… + I n
và
Q T = Q 1 + Q 2 + Q 3 +… + Q n
Bây giờ, để tìm giá trị của điện dung của đoạn mạch trên, chúng ta sẽ áp dụng Định luật Điện áp Kirchhoff (KVL) , khi đó chúng ta có
V T = V C1 + V C2 + V C3
Như chúng ta đã biết, Q = CV
Và V = Q / C
Vì thế,
(Q / C T ) = (Q / C 1 ) + (Q / C 2 ) + (Q / C 3 )
Vì thế,
1 / C T = (1 / C 1 ) + (1 / C 2 ) + (1 / C 3 )
Đối với n tụ điện mắc nối tiếp,
Đối với hai tụ điện mắc nối tiếp, công thức sẽ là
C T = (C1 x C2) / (C1 + C2)
Bây giờ, bạn có thể tìm điện dung của đoạn mạch trên, bằng cách sử dụng công thức,
Ở đây, C1 = 10uf và C2 = 4,7uF
Vì vậy, C T = (10 x 4,7) / (10 + 4,7)
C T = 47 / 14,7
C T = 3,19uF
Tụ điện song song
Làm thế nào để kết nối tụ điện song song?
Song song, mọi tụ điện đều được kết nối trực tiếp với nguồn, như bạn có thể thấy trong hình dưới đây,
Khi mắc song song các tụ điện thì tổng điện dung bằng tổng tất cả các điện dung của tụ điện. Bởi vì bản trên và bản dưới của tất cả các tụ điện kết nối với nhau, do đó diện tích bản cũng tăng lên.
Tổng dòng điện trong đoạn mạch song song sẽ bằng cường độ dòng điện qua mọi tụ điện.
Bằng cách áp dụng định luật Kirchhoff,
I T = I 1 + I 2 + I 3
Bây giờ, dòng điện qua tụ điện được biểu thị bằng,
I = C (dV / dt)
Vì thế,
Bằng cách giải phương trình trên
C T = C 1 + C 2 + C 3
Và, đối với n tụ điện mắc song song,
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + C n
Bây giờ, bạn có thể tìm điện dung của mạch bằng cách sử dụng công thức trên,
Ở đây, C 1 = 10uf và C 2 = 1uF
Vì vậy, C T = 10uF + 1uF
C T = 11uF
Tụ điện phân cực và không phân cực
Tụ điện không phân cực: (Được sử dụng trong cả hệ thống AC và DC)
Tụ điện không phân cực có thể được sử dụng trong cả hệ thống AC và DC. Chúng có thể được kết nối với nguồn điện theo bất kỳ hướng nào và điện dung của chúng không ảnh hưởng bởi sự đảo ngược cực tính.
Tụ điện phân cực: (Chỉ được sử dụng trong Mạch và Hệ thống DC)
Loại tụ điện này nhạy cảm về cực tính của chúng và chỉ có thể được sử dụng trong các hệ thống và mạng DC. Tụ điện cực không hoạt động trong hệ thống xoay chiều, do sự đảo ngược cực tính sau mỗi nửa chu kỳ trong nguồn điện xoay chiều.
Tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều
Tụ điện có rất nhiều ứng dụng trong hệ thống điện xoay chiều và chúng ta sẽ thảo luận về một số ứng dụng của tụ điện trong mạng điện xoay chiều dưới đây.
Máy biến áp cung cấp ít điện năng hơn:
Tụ điện được sử dụng trong các bộ nguồn ít biến áp hơn. Trong đoạn mạch như vậy, tụ điện mắc nối tiếp với tải vì ta biết tụ điện và cuộn cảm ở dạng thuần không tiêu thụ điện năng. Họ chỉ lấy điện trong một chu kỳ và cung cấp lại trong chu kỳ khác cho tải. Trong trường hợp này, nó được sử dụng để giảm điện áp với ít hao phí điện năng hơn.
Động cơ cảm ứng pha chẻ:
Tụ điện cũng được sử dụng trong động cơ cảm ứng để tách nguồn một pha thành nguồn hai pha để tạo ra từ trường quay trong rôto để bắt từ trường đó. Loại tụ này hầu hết được sử dụng trong máy bơm nước gia đình, quạt, điều hòa và nhiều thiết bị cần ít nhất hai pha để hoạt động.
Hiệu chỉnh và cải thiện hệ số công suất:
Có rất nhiều ưu điểm của việc cải thiện hệ số công suất . Trong hệ thống điện ba pha, tụ bù được sử dụng để cung cấp công suất phản kháng cho tải và do đó nâng cao hệ số công suất của hệ thống. Ngân hàng tụ điện được lắp đặt sau khi tính toán chính xác. Về cơ bản, nó cung cấp công suất phản kháng đã được truyền đi trước đây từ hệ thống điện, do đó nó làm giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả của hệ thống.
- Cách chuyển đổi Farads của tụ điện thành kVAR & Vice Versa (Để cải thiện hệ số công suất)
- Cách tính toán kích thước tụ điện phù hợp trong Farads & kVAR để cải thiện hệ số công suất
Tụ điện trong mạch AC
Làm thế nào để kết nối một tụ điện trong mạch AC?
Trong mạch điện một chiều, tụ điện tích điện chậm dần, cho đến khi điện áp nạp của tụ điện bằng điện áp nguồn. Ngoài ra, trong điều kiện này, tụ điện không cho phép dòng điện đi qua nó sau khi nó được sạc đầy.
Và, khi bạn kết nối tụ điện qua nguồn xoay chiều, tụ điện sẽ sạc và phóng điện liên tục do mức điện áp thay đổi liên tục. Điện dung trong mạch xoay chiều phụ thuộc vào tần số của điện áp đầu vào được cung cấp. Ngoài ra, nếu bạn nhìn thấy sơ đồ phasor của một mạch tụ điện xoay chiều lý tưởng, bạn có thể quan sát thấy rằng, dòng điện dẫn điện áp bằng 90⁰.
Trong mạch tụ điện xoay chiều, dòng điện tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi điện áp đầu vào được cung cấp, có thể được biểu thị bằng:
I = dQ / dt
I = C (dV / dt)
Bây giờ, chúng ta sẽ tính toán điện trở điện dung trong mạch xoay chiều .
Như chúng ta đã biết, I = dQ / dt và Q = CV
Và, điện áp đầu vào AC trong mạch trên sẽ được biểu thị bằng,
V = V m Sin wt
Vì vậy, I m = d (CV m Sin wt ) / dt
I m = C * V m Cos wt * w (sau khi phân biệt)
I m = wC V m Sin (wt + π / 2)
Tại, w = 0, Sin (wt + π / 2) = 1
Vì thế,
Tôi m = wCV m
V m / I m = 1 / wC (trong đó, w = 2 π f và V m / I m = X C )
Dung kháng (X C )
Bây giờ, để tính điện trở điện dung của mạch trên,
X C = 1 / [2 π (50 Hz) (10 -6 F)]
XC = 3183,09 Ω
Vai trò của tụ điện trong mạch điện một chiều
Điều hòa điện:
Trong hệ thống DC, tụ điện được sử dụng như một bộ lọc (hầu hết). Việc sử dụng phổ biến nhất của nó là chuyển đổi nguồn điện AC sang DC trong chỉnh lưu (chẳng hạn như chỉnh lưu cầu). Khi nguồn điện xoay chiều được biến đổi thành dao động (có gợn sóng tức là không phải là trạng thái ổn định với sự trợ giúp của mạch chỉnh lưu) nguồn điện một chiều (Pulsating DC) để làm phẳng và lọc các gợn và dao động này, tụ điện DC phân cực được sử dụng. Giá trị của nó được tính toán chính xác và phụ thuộc vào điện áp hệ thống và dòng tải nhu cầu.
Tụ điện khử ghép:
Tụ điện khử ghép được sử dụng, nơi chúng ta phải tách hai mạch điện tử. Nói cách khác, nhiễu tạo ra bởi một mạch được nối đất bằng tụ khử ghép và nó không ảnh hưởng đến hiệu suất của mạch khác.
Tụ điện ghép:
Như chúng ta biết rằng Tụ điện chặn DC và cho phép AC chạy qua nó (chúng ta sẽ thảo luận về nó trong phần tiếp theo rằng nó xảy ra như thế nào). Vì vậy nó được dùng để tách tín hiệu AC và DC (cũng được sử dụng trong các mạch lọc với mục đích tương tự). Giá trị của nó được tính theo cách sao cho điện trở của nó được tối thiểu hóa trên cơ sở tần số mà chúng ta muốn truyền qua nó. Tụ ghép cũng được sử dụng trong các bộ lọc (mạch loại bỏ gợn sóng như bộ lọc RC) để tách tín hiệu AC và DC và loại bỏ các gợn sóng khỏi điện áp cung cấp DC xung để chuyển đổi nó thành điện áp AC thuần túy sau khi chỉnh lưu.