Nếu tụ điện là 1 thiết bị còn mới mẻ với bạn thì hãy cùng chúng tôi khám phá trong bài viết này những thông tin liên quan đến nó: Cách mắc, cách đo kiểm tra, đặc điểm, công dụng như thế nào và ứng dụng ra sao. Tất cả được Thủy Khí Điện tổng hợp chi tiết và đầy đủ trong bài viết này.
Tụ điện là gì?
Trong ngành điện, điện tử thì tụ điện không phải là 1 thiết bị xa lạ, Nó có tên tiếng Anh là capacitor. Thiết bị này là 1 linh kiện điện tử tự động. Cấu tạo nên bởi 2 bản cực đặt song song nhưng được ngăn cách bởi 1 lớp điện môi. Tụ điện có tính chất cách điện 1 chiều tuy nhiên nó có thể cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ vào nguyên lý phóng nạp. ký hiệu của tụ điện là C.
Khách hàng nên chọn những tụ điện chính hãng, có xuất xứ và nguồn gốc rõ ràng thì sẽ giúp cho việc khai thác, sử dụng thiết bị này được hiệu quả, bền bỉ hơn.
Cấu tạo của tụ điện
Sẽ bao gồm: Hai bản cực kim loại hay còn gọi là dây dẫn điện. Nó ở dạng tấm kim loại, mỏng, nhỏ. Hai bề mặt được đặt song song với nhau, có 1 lớp điện môi dùng để ngăn cách.
Điện môi sử dụng cho tụ điện thường là các chất không dẫn điện như: Giấy, thủy tinh, gốm, màng nhựa, mica, giấy thấm hóa chất. Do những chất điện môi có thể giúp tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ nên nó được sử dụng.
Điện dung, đơn vị của tụ điện
Đơn vị tụ điện dùng phổ biến là điện dung. Điện dung là 1 đại lượng để chỉ khả năng tích điện trên chính hai bản cực kim loại của tụ điện. Các yếu tố tác động đến điện dung đó là: Diện tích bản cực, khoảng cách giữa hai bản cực, vật liệu làm chất điện môi. Để thuận tiện cho việc tính toán thì con người sử dụng công thức sau:
C = ξ . S / d
Trong đó:
+ ξ: Là hằng số điện môi của lớp cách điện của tụ.
+ C: Điện dung và nó có đơn vị là Fara.
+ S: là diện tích bản cực.
+ d: là chiều dày của lớp cách điện.
Đơn vị của tụ điện chính là Fara. Một Fara là rất lớn. Vì thế mà khi ứng dụng trong đời sống thực tế thì người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn để tiện cho tính toán như MicroFara (µF), PicoFarad (pF) hay NanoFarad (nF). Người ta sẽ thực hiện quy đổi 1 Fara cụ thể như sau:
1F = 10-6 µF = 10-9 nF = 10-12 pF
Nếu tụ điện chính hãng thì trên thân đều có ghi các trị số điện áp. Người dùng đọc được thì hiểu đây là giá trị điện áp tối đa mà các tụ điện có thể chịu được. Và khi sử dụng vượt quá giá trị này thì sẽ gây nên sự cố, tụ sẽ bị nổ.
Đặc điểm của tụ điện
Nó có thể tích trữ năng lượng ở dưới dạng năng lượng điện trường thông qua việc lưu trữ electron. Song song với đó, nó có thể phóng ra các điện tích để hình thành nên các dòng điện. Đây là 1 đặc điểm của tụ điện: Phóng nạp có thể giúp tụ điện dẫn được điện xoay chiều.
Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện
Tụ điện được phân thành nhiều loại:
+ Với loại tụ hóa thì giá trị điện dung của tụ hóa sẽ được ghi lên thân tụ 1 cách trực tiếp. Tụ hóa phân thành cực âm, cực dương và có dạng hình trụ.
Tụ gốm hay tụ giấy thì chúng sẽ ghi trị số bằng ký hiệu.
Muốn đọc thì lấy 2 chữ số đầu rồi nhân với 10(Mũ số thứ 3)
Nếu 1 tụ gốm ghi 474K thì có nghĩa giá trị = 47 x 104 = 470000 p. Chúng ta lấy đơn vị là picoFara. Nó sẽ tương đương với = 470 n Fara = 0,47 µF.
Chữ K hoặc J ở cuối nó chỉ sai số là 5% hay là 10% của tụ điện.
Nguyên lý hoạt động của tụ điện
Thiết bị hoạt động theo nguyên lý nạp xả:
Đầu tiên là nguyên lý phóng nạp: Chính là khả năng tích trữ năng lượng điện giống 1 chiếc ắc quy nhỏ dưới dạng điện trường.
Tụ điện hoạt động theo nguyên lý nạp – xả. Nó có thể lưu trữ các electron 1 cách hiệu quả và phóng ra điện cũng như tạo thành 1 dòng điện.
Thứ hai là nguyên lý nạp xả: Tính chất nạp xả của tụ điện nên có thể thể dẫn điện xoay chiều. Lúc điện áp ở giữa hai bản mạch không thay đổi đột ngột, biến thiên theo thời gian mà con người cắm nạp, xả tụ thì xuất hiện tình trạng tia lửa điện. Nguyên nhân là do dòng điện tăng bọt. Nó là nguyên lý nạp xả.
Phân loại tụ điện
Có rất nhiều yếu tố để con người có thể căn cứ mà phân chia tụ điện thành các loại khác nhau.
Dựa vào tính chất lý hóa
Nếu dựa trên yếu tố này thì ta có:
+ Tụ điện động, tĩnh.
+ Tụ điện cao áp, hạ áp.
+ Tụ xoay có khả năng thay đổi giá trị điện dung.
+ Tụ lọc và tụ liên tầng.
+ Tụ điện không phân cực: Không quy định cực tính, tụ có điện dung nhỏ, dùng cho những mạch lọc nhiễu hay mạch điện có tần số cao.
+ Tụ điện không phân cực: Tụ có 2 đầu, trị số lớn hơn và thường được chọn dùng cho các mạch có tần số thấp, lọc nguồn. Nó là tụ tantalum hoặc hóa học.
Dựa vào dạng thức
Theo yếu tố dạng thức thì ta có:
+ Tụ bạc mica: Lớp cách điện của nó là bạc, mica.
+ Tụ không khí: Lớp cách điện thiết bị là không khí.
+ Tụ Lithium ion: Dùng để tích điện 1 chiều do có năng lực của tụ rất lớn.
+ Tụ giấy: Chất liệu cách điện là giấy tẩm dầu, bản cực của nó là lá nhôm.
+ Tụ xoay: Nó xoay để giá trị của điện dung thay đổi.
+ Tụ gốm: Lớp điện môi là gốm ta có tụ gốm. Loại tụ này được làm bằng ceramic, phía bên ngoài có bọc keo hoặc nhuộm màu.
Nhìn chung thì tụ giấy, bạc – mica, gốm là những tụ không phân cực. Hình dáng dẹt, giá trị điện dung khá nhỏ, từ khoảng 0,47 µF.
– Tụ gốm đa lớp: Lớp cách điện của thiết bị gồm nhiều lớp bản cực gốm. Nó được thiết kế để đáp ứng điện áp cao, cao tần. Nếu so với tụ gốm đất thì nó tốt hơn 4 – 5 lần.
– Tụ mica màng mỏng: Mica nhân tạo hoặc nhựa chính là lớp cách điện. Cấu tạo màng mỏng: Polyester, Polystyrene, Polycarbonate.
+ Tụ siêu hóa: Lớp cách điện là đất, dung môi cách điện là đất hiếm. Do có trị số lớn mà người dùng xem nó như một nguồn pin cấp cho mạch đồng hồ, vi xử lý…
– Tụ tantalum: Dung môi là gel tantal, bản cực làm bằng nhôm. Đặc biệt, thể tích nhỏ nhưng trị số điện dung rất lớn.
– Tụ hóa: Được thiết kế dạng hình trụ. Nó phân cực (-), (+) và lớp cách điện chính là hóa chất. Giá trị điện dung dao động trong khoảng từ 0,47 µF đến 0,4700 µF.
Công dụng của tụ điện là gì?
Tụ điện là 1 thiết bị mà công dụng chính của nó chính là lưu trữ năng lượng điện năng và lưu trữ điện tích 1 cách hiệu quả. Có nhiều người so sánh thiết bị này với ắc quy vì khả năng lưu trữ có nhiều nét tương đồng. Các tụ điện có ưu điểm lớn nhất là: Lưu trữ được nhưng không hề làm tiêu hao năng lượng điện.
Nguyên lý hoạt động của tụ điện có thể nạp xả thông minh, cho điện áp xoay chiều lưu thông, ngăn điện áp 1 chiều nên giúp truyền được tín hiệu giữa các tầng khuếch đại mà có sự chênh lệch điện thế.
Công dụng của tụ còn cho điện áp xoay chiều đi qua. Lúc này thì tụ điện có thể dẫn điện và như 1 điện trở đa nang. Khi tần số của dòng điện xoay chiều có điện dung của tụ càng lớn thì dung kháng sẽ càng nhỏ. Nó hỗ trợ đắc lực cho điện áp có thể lưu thông qua tụ điện.
Tụ điện có thể loại bỏ pha âm nên lọc điện áp xoay chiều thành điện 1 chiều bằng phẳng.
Ứng dụng của tụ điện
Có ứng dụng rất phổ biến trong ngành kỹ thuật điện, điện tử tại các nhà máy, công ty, xưởng công nghiệp.
Cụ thể thì nó ứng dụng để xây dựng nên 1 bộ nhớ kỹ thuật số động cho những máy tính nhị phân đang sử dụng ống điện tử.
Lắp đặt trong hệ thống âm thanh của xe ô tô bởi tụ điện này có thể lưu trữ được năng lượng cho bộ khuếch đại làm việc.
Được ứng dụng trong thực tế nhiều nhất là nhờ vào chức năng cung cấp nguồn năng lượng và tích trữ năng lượng.
Một số tụ điện còn dùng trong ứng dụng hàng không, quân sự hay trong các máy phát điện, radar, thí nghiệm vật lý, vũ khí hạt nhân, hóa chất…
Tụ điện có thể khởi động động cơ, xử lý tín hiệu, đóng vai trò như 1 mạch điều chỉnh…
Cách mắc tụ điện
Hiện nay, tụ điện có 2 cách mắc đơn giản lại phổ thông đó là: mắc nối tiếp, mắc song song.
Đầu tiên là mắc nối tiếp
Những tụ điện theo cách mắc này sẽ có điện dung tương đương Ctđ được tính toán theo công thức:
1/Ctđ = (1/C1) + (1/C2) + (1/C3)
Nếu mà chỉ có 2 tụ mắc nối tiếp với nhau thì chúng ta tính:
Ctđ = C1.C2 / (C1 + C2)
Khi được mắc nối tiếp thì điện áp chịu đựng của tụ lúc bấy giờ tương tương với tổng điện áp của những tự cộng lại
Utđ = U1 + U2 + U3
Chú ý: Những tụ hóa khi mắc nối tiếp thì cần chú ý đến chiều của tụ điện. Khi lắp thì cực âm tụ trước phải được kết nối với cực dương của tụ sau.
Thứ 2 là mắc kiểu song song
Đối với kiểu mắc này thì thì những tụ mắc song song sẽ có điện dung tương đương được tính bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại với nhau. Áp dụng công thức:
Ctđ = C1 + C2 + C3
Điện áp chịu đựng của tụ điện tương đương tính bằng điện áp của tụ mà có điện áp bé nhất. Riêng đối với các tụ hóa thì những tụ này phải được đấu cùng chiều âm dương.
Cách đo và kiểm tra tụ điện
Trong quá trình làm việc của tụ điện, việc kiểm tra thường xuyên là 1 điều rất cần thiết và giúp phát hiện sớm các sự cố, xử lý nhanh và kịp thời để tránh ảnh hưởng.
Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm
Tụ gốm và tụ giấy sẽ bị hỏng ở dạng chập, rò rỉ. Muốn phát hiện tử hỏng như thế nào thì cần kiểm tra.
Ở phép đo tụ gốm, có các tụ C1, C2, C3 thì điện dung sẽ bằng nhau. C1 sẽ tụ tốt, C2 là tụ bị rò, C3 là tụ bị chập.
Khi đo tụ C1 là tụ tốt thì kim phóng lên 1 chút rồi sẽ trở về vị trí cũ. Nhưng lưu ý, các tụ nhỏ quá < 1nF thì kim sẽ không phóng nạp hay dịch chuyển.
Khi đo tụ C2 là tụ bị dò, kim sẽ lên lưng chừng thang đo, sau đó thì dừng lại nhưng không về vị trí cũ.
Khi đo tụ C3 là 1 tụ bị chập, kim sẽ lên = 0 Ω và nó sẽ ở yên đó mà không trở về.
Chú ý: Khi chúng ta đo kiểm tra tụ giấy hay là tụ gốm thì ta phải luôn để đồng hồ ở thang x1KΩ hay thang x10KΩ. Lúc đo phải đảo chiều kim đồng hồ vài lần.
Đo kiểm tra tụ hóa
Tụ hóa rất ít khi bị dò, bị chập như các tụ giấy. Tụ hóa dễ hỏng ở dạng bị khô hóa chất ở bên trong của lớp điện môi. Vì thế mà điện dung của tụ bị giảm đi đáng kể. Muốn kiểm tra tụ hóa như thế nào thì người ta sẽ so sánh độ phóng nạp của tụ này với 1 tụ còn mới, tốt có cùng điện dung. Ví dụ:
Muốn kiểm tra tụ hóa C2, trị số 100µF có bị thay đổi điện dung không thì cần có tụ C1 là còn mới, cùng giá trị điện dung để so sánh.
Đồng hồ để ở thang từ x1Ω đến x100Ω. Lưu ý điện dung càng lớn thì tháng để phải càng thấp.
Sau đó đo hai tụ và tiến hành so sánh độ phóng nạp. Khi tiến hành đo thì đảo chiều que đo vài lần.
Khi 2 tụ phóng nạp bằng nhau thì khi đó tụ C2 còn tốt. Ở tụ C2 phóng nạp kém hơn tụ C1 thì nó đã bị khô. Nếu kim lên, không trở về thì xác định tụ C2 bị dò. Tất nhiên, bài viết này chỉ là 1 phần thông tin cơ bản về tụ điện mà chúng tôi tổng hợp lại, hy vọng nếu có gì thiếu sót sẽ nhận được những góp ý của các bạn.
