Tụ điện là một linh kiện điện tử quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền tín hiệu xoay chiều. Đây là một linh kiện phổ biến và đã được nghe đến trong vật lý học và cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về khái niệm tụ điện là gì?
Tụ điện là gì?
Tụ điện là gì?
Tụ điện (capacitor) là một linh kiện có hai cực thụ động để lưu trữ năng lượng điện hoặc tích tụ điện tích bởi hai bề mặt dẫn điện trong một điện trường. Các bề mặt dẫn điện của tụ điện được phân cách với nhau bằng một vật liệu không dẫn điện như giấy hoạt chất, gốm, mica, làm tăng khả năng lưu trữ năng lượng điện. Tụ điện được phân loại dựa trên cấu trúc và cách thức hoạt động của nó. Khi có sự khác biệt về điện thế giữa các bề mặt của tụ điện, dòng điện xoay chiều có thể chảy qua. Các bề mặt sẽ có điện tích và lượng điện trái dấu. Tụ điện có thể được coi như một ắc qui mini vì khả năng lưu trữ năng lượng điện. Tuy nhiên, cấu trúc và nguyên lý hoạt động của tụ điện và ắc qui hoàn toàn khác nhau. Hãy xem chi tiết ở phần sau. Đơn vị đo của tụ điện là Fara. 1 Fara = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara. Ký hiệu của tụ điện.
Cấu tạo của tụ điện
Cấu tạo của tụ điện bao gồm ít nhất hai tấm kim loại dẫn điện song song nhau và được cách ly bởi một lớp dielectric. Các tấm kim loại này có thể làm bằng bạc, nhôm hoặc một kim loại khác. Dielectric có thể là giấy, polypropylene hoặc một chất không dẫn điện khác. Cấu trúc này cho phép tụ điện tích tụ và lưu trữ năng lượng điện.
Các loại tụ điện phổ biến:
Tụ hóa: là tụ có phân cực (-), (+) và có hình trụ. Giá trị điện dung của tụ thường từ 0.47 µF đến 0.4700 µF.Tụ giấy, tụ mica và tụ gốm: là tụ không phân cực và có hình dạng bẹt, không phân biệt cực âm và cực dương. Có giá trị điện dung được ghi trên thân tụ bằng ba số và thường nhỏ, chỉ khoảng 0.47 µF.Tụ xoay: như tên gọi, tụ điện này có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung.Tụ Li-ion: loại tụ này có năng lượng cao và được sử dụng để tích điện một chiều.
Nguyên lý hoạt động của tụ điện
Nguyên lý hoạt động của tụ điện dựa trên khả năng tích trữ năng lượng điện như một ắc quy nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường. Nó lưu trữ electron hiệu quả và phóng ra các điện tích này để tạo ra dòng điện. Tuy nhiên, tụ điện không thể tạo ra các electron. Điều này là sự khác biệt lớn giữa tụ điện và ắc quy. Nguyên lý nạp và xả của tụ điện cho phép nó dẫn điện xoay chiều.
Trong một mạch điện, nếu điện áp không thay đổi đột ngột mà thay đổi theo thời gian, sự nạp và xả của tụ điện có thể gây ra hiện tượng nổ do dòng điện tăng đột ngột. Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện.
Công dụng của tụ điện
Tụ điện có nhiều công dụng. Từ những nguyên lý hoạt động của tụ điện đã nêu trên, ta có thể hiểu rõ hơn về công dụng của tụ điện. Một trong những công dụng phổ biến nhất của tụ điện là khả năng lưu trữ năng lượng điện và điện tích một cách hiệu quả. Nó được so sánh với ắc quy vì khả năng lưu trữ nhưng không tiêu thụ năng lượng điện. Ngoài ra, tụ điện cũng có khả năng dẫn điện xoay chiều và có thể hoạt động như một điện trở đa năng. Các tụ điện cũng có khả năng nạp và xả thông minh, ngăn điện áp một chiều và cho phép điện áp xoay chiều lưu thông, giúp truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại với điện thế khác nhau. Tụ điện cũng có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.
Phân biệt tụ đề và tụ ngậm
Tụ đề (Start Capacitor)
Tụ đề thường là tụ không phân cực. Nhiệm vụ của tụ đề là tăng mô-men khởi động cho motor trong một thời gian ngắn và cho phép motor khởi động và dừng một cách nhanh chóng. Tụ đề có giá trị điện dung từ 25~30 microfarads (khi hoạt động ở điện áp 220V), khi giá trị điện dung từ 70 microfarads (uF) trở lên, tụ này sẽ có 4 mức điện áp làm việc: 125V, 165V, 250V và 330V. Thông thường, khi khởi động motor, tụ đề sẽ làm lệch pha dòng điện đặt vào cuộn đề của motor và tạo ra đủ mô-men để motor tăng tốc đến khoảng 3/4 tốc độ tối đa. Sau đó, tụ sẽ được ngắt ra khỏi mạch bằng công tắc ly tâm trong motor khi đạt tốc độ tối đa.
Tụ ngậm (Run Capacitor)
Tụ ngậm thường là tụ không phân cực được chế tạo từ vật liệu polypropylene. Tụ này được thiết kế để hoạt động liên tục trong suốt thời gian vận hành của motor. Giá trị của tụ ngậm thường dao động từ 1.5~100 microfarads (uF) với điện áp làm việc từ 370V đến 440V. Tụ ngậm được sử dụng trong động cơ một pha để lệch pha điện áp đặt trên cuộn dây thứ hai và đảm bảo hiệu suất hoạt động của motor. Nếu thay tụ ngậm bằng giá trị sai, điều này có thể dẫn đến sự không đều trong từ trường được tạo ra bởi cuộn dây motor và làm cho rotor “run” tại các vị trí không đồng đều này. Hiện tượng này có thể dẫn đến hot motor, tiêu thụ năng lượng lớn hơn và nhanh chóng hư hỏng motor.
Khi chọn tụ ngậm để thay thế, chúng ta cần lưu ý giá trị điện áp và giá trị điện dung trên thân tụ (giá trị điện áp phải bằng hoặc lớn hơn, giá trị điện dung phải gần với tụ cần thay thế).
Ứng dụng của tụ điện trong thực tế
Với các công dụng đã nêu trên, ta có thể ứng dụng tụ điện vào thực tế: Tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử. Tụ điện được sử dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi để lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại. Tụ điện cũng có thể được sử dụng để xây dựng bộ nhớ kỹ thuật số động cho máy tính nhị phân sử dụng ống điện tử. Tụ điện cũng được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt liên quan đến quân sự như máy phát điện, máy thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,… Ứng dụng của tụ điện trong thực tế còn nhiều hơn nữa nhưng đây là những ứng dụng phổ biến nhất như xử lý tín hiệu, khởi động motor, mạch điều chỉnh,…
Cách kiểm tra tụ điện
Có hai phương pháp để kiểm tra tụ giấy và tụ gốm, phương pháp kiểm tra tụ hóa:
1. Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm
Phương pháp này được sử dụng để phát hiện các tụ bị dò rỉ hoặc chập. Ta có thể quan sát hình ảnh:
Ở hình ảnh trên, ta có ba tụ C1, C2 và C3 có cùng giá trị điện dung. Trong đó, C1 là tụ tốt, C2 là tụ bị rỉ và C3 là tụ bị chập.
Khi kiểm tra tụ C1 (tụ tốt), kim đồng hồ sẽ phóng lên một chút rồi trở về vị trí ban đầu. (Lưu ý khi kiểm tra tụ nhỏ, cần chọn thang đo thấp hơn)
Để kiểm tra tụ C2 (tụ bị rỉ) có giá trị 100µF có bị giảm giá trị điện dung hay không, ta sử dụng tụ C1 mới có cùng giá trị điện dung và so sánh. Đặt đồng hồ ở thang từ x1Ω đến x100Ω (tùy theo giá trị điện dung của tụ). Đo vào hai cực của tụ và so sánh độ phóng nạp, đảo chiều đầu dò vài lần. Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau, tức là tụ đó còn tốt. Trong hình trên, ta thấy tụ C2 phóng nạp kém hơn, do đó tụ C2 đã bị khô.
Trường hợp kim của đồng hồ lên mà không trở về chỗ cũ, tức là tụ bị chập.
Lưu ý: Nếu kiểm tra tụ trực tiếp trên mạch, cần hút ra một cực tụ ra khỏi mạch, sau đó kiểm tra như đã nêu.
2. Phương pháp kiểm tra tụ hóa
Khi kiểm tra tụ hóa (còn sống – đã chết), ta chỉ cần sạc nó và nó sẽ tạo ra một điện trở trong lớp điện môi (tạo ra dòng rò). Phương pháp này dùng để kiểm tra tụ mà không cần mở nắp tụ hoá.
Đó là những kiến thức tổng hợp về cấu trúc, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của tụ điện trong hoạt động máy móc và thiết bị. Hy vọng bài viết đã mang lại những thông tin hữu ích cho bạn.
Nguồn: https://nhaxinhplaza.vn Danh mục: Hỏi đáp