Tụ điện là một thiết bị có thể lưu trữ điện tích và năng lượng từ điện trường. Về cơ bản, nó bao gồm một cặp (tấm) dẫn điện được ngăn cách bởi một lớp điện môi. Bề dày của chất điện môi luôn nhỏ hơn nhiều so với kích thước của các bản cực. Trên mạch điện tương đương, tụ điện được biểu thị bằng 2 đoạn thẳng đứng song song (II).
Các đại lượng và đơn vị đo cơ bản
Có một số đại lượng cơ bản xác định một tụ điện. Một trong số đó là công suất của nó (chữ cái Latinh C), và thứ hai là điện áp hoạt động (U Latinh). Công suất điện (hay đơn giản là điện dung) trong hệ SI được đo bằng farads (F). Hơn nữa, là một đơn vị đo điện dung, 1 farad - đây là rất nhiều - hầu như không bao giờ được sử dụng trong thực tế. Ví dụ, điện tích của hành tinh Trái đất chỉ là 710 microfarads. Do đó, điện dung của tụ điện trong hầu hết các trường hợp được đo bằng đại lượng lấy từ farad: tính bằng picofarads (pF) với giá trị điện dung rất nhỏ (1 pF=1/106µF), trong microfarads (µF) ở giá trị đủ lớn của nó (1 uF=1/106F). Để tính công suất điện cầnchia lượng điện tích tích lũy giữa các bản tụ cho môđun của hiệu điện thế giữa chúng (hiệu điện thế trên tụ điện). Điện tích của tụ điện trong trường hợp này là điện tích tích tụ trên một trong các bản của thiết bị được đề cập. Trên 2 dây dẫn của thiết bị, chúng giống nhau về môđun, nhưng khác dấu nên tổng của chúng luôn bằng không. Điện tích của tụ điện được đo bằng coulombs (C) và được ký hiệu bằng chữ Q.
Điện áp trên thiết bị điện
Một trong những thông số quan trọng nhất của thiết bị mà chúng tôi đang xem xét là điện áp đánh thủng - hiệu điện thế giữa hai dây dẫn của tụ điện, dẫn đến đánh thủng lớp điện môi. Điện áp lớn nhất mà tại đó không có sự cố của thiết bị được xác định bởi hình dạng của các dây dẫn, đặc tính của chất điện môi và độ dày của nó. Điều kiện vận hành mà điện áp trên các tấm của thiết bị điện gần với điện áp đánh thủng là không thể chấp nhận được. Điện áp làm việc bình thường trên tụ điện nhỏ hơn điện áp đánh thủng vài lần (hai đến ba lần). Vì vậy, khi lựa chọn cần chú ý đến điện áp và điện dung định mức. Trong hầu hết các trường hợp, giá trị của những số lượng này được ghi trên chính thiết bị hoặc trong hộ chiếu. Việc bao gồm một tụ điện trong mạng cho điện áp vượt quá điện áp danh định có nguy cơ đánh thủng và sự sai lệch của giá trị điện dung so với giá trị danh định có thể dẫn đến việc giải phóng các sóng hài cao hơn vào mạng và quá nhiệt của thiết bị.
Sự xuất hiện của tụ điện
Thiết kế của tụ điện có thểđa dạng nhất. Nó phụ thuộc vào giá trị của công suất điện của thiết bị và mục đích của nó. Các thông số của thiết bị đang xem xét không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài, do đó, các tấm được định hình sao cho điện trường do các điện tích tạo ra tập trung trong một khe hở nhỏ giữa các ruột dẫn của tụ điện. Do đó, chúng có thể bao gồm hai hình cầu đồng tâm, hai tấm phẳng, hoặc hai hình trụ đồng trục. Do đó, tụ điện có thể có hình trụ, hình cầu và phẳng tùy thuộc vào hình dạng của dây dẫn.
Tụ điện vĩnh viễn
Theo bản chất của sự thay đổi điện dung, tụ điện được chia thành các thiết bị có công suất không đổi, thay đổi được hoặc các thiết bị xén. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn từng loại này. Các thiết bị có điện dung không thay đổi trong quá trình hoạt động, tức là không đổi (giá trị điện dung vẫn có thể dao động trong giới hạn chấp nhận được tùy thuộc vào nhiệt độ) là tụ điện cố định. Cũng có những thiết bị điện thay đổi công suất điện trong quá trình hoạt động, chúng được gọi là biến điện.
C trong tụ điện phụ thuộc vào điều gì
Công suất điện phụ thuộc vào diện tích bề mặt của dây dẫn và khoảng cách giữa chúng. Có một số cách để thay đổi các cài đặt này. Xét một tụ điện, bao gồm hai loại bản: di động và cố định. Các bản có thể di chuyển được so với các tấm cố định, do đó điện dung của tụ điện thay đổi. Các chất tương tự biến đổi được sử dụng để điều chỉnh tương tựcác thiết bị. Hơn nữa, công suất có thể được thay đổi trong quá trình hoạt động. Trong hầu hết các trường hợp, tụ điện tông đơ được sử dụng để điều chỉnh thiết bị của nhà máy, chẳng hạn như để chọn điện dung theo kinh nghiệm khi không thể tính toán được.
Tụ điện trong mạch
Thiết bị được đề cập trong mạch DC chỉ dẫn dòng tại thời điểm nó được kết nối với mạng (trong trường hợp này, thiết bị được sạc hoặc sạc lại điện áp nguồn). Khi tụ điện được sạc đầy, không có dòng điện nào chạy qua nó. Khi thiết bị được kết nối với mạch điện xoay chiều, các quá trình phóng điện và nạp điện cho nó xen kẽ lẫn nhau. Chu kỳ thay đổi của chúng bằng chu kỳ dao động của điện áp hình sin đặt vào.
Đặc điểm của tụ điện
Tụ điện, tùy thuộc vào trạng thái của chất điện phân và vật liệu của nó, có thể là chất khô, chất lỏng, oxit-bán dẫn, oxit-kim loại. Các tụ điện lỏng được làm mát tốt, các thiết bị này có thể hoạt động dưới tải trọng đáng kể và có một đặc tính quan trọng như tự phục hồi điện môi trong quá trình đánh thủng. Các thiết bị điện được coi là loại khô có thiết kế khá đơn giản, tổn thất điện áp và dòng điện rò rỉ ít hơn một chút. Hiện tại, đồ gia dụng khô được ưa chuộng hơn cả. Ưu điểm chính của tụ điện là giá thành rẻ, kích thước nhỏ gọn và công suất điện cao. Các chất tương tự oxit là cực (kết nối không chính xác dẫn đến sự cố).
Cách kết nối
Kết nối tụ điện với mạch điện một chiều như sau: cực dương (cực dương) của nguồn dòng điện được nối với điện cực, được bao phủ bởi một màng oxit. Không tuân thủ yêu cầu này có thể dẫn đến đánh thủng điện môi. Chính vì lẽ đó mà tụ lỏng phải mắc vào mạch có nguồn điện xoay chiều, nối tiếp hai đoạn giống nhau mắc nối tiếp ngược chiều. Hoặc phủ một lớp oxit trên cả hai điện cực. Như vậy thu được một thiết bị điện không phân cực, hoạt động trong mạng có cả dòng điện một chiều và hình sin. Nhưng trong cả hai trường hợp, điện dung thu được trở nên bằng một nửa. Tụ điện đơn cực lớn, nhưng có thể được bao gồm trong các mạch xoay chiều.
Ứng dụng chính của tụ điện
Từ "tụ điện" có thể được nghe từ các công nhân của các xí nghiệp công nghiệp và viện thiết kế khác nhau. Sau khi giải quyết nguyên lý hoạt động, đặc điểm và các quá trình vật lý, chúng ta sẽ tìm hiểu tại sao lại cần tụ điện, ví dụ như trong hệ thống cung cấp điện? Trong các hệ thống này, pin được sử dụng rộng rãi trong xây dựng và tái thiết tại các xí nghiệp công nghiệp để bù lại công suất phản kháng của RFC (dỡ bỏ mạng khỏi các dòng tràn không mong muốn), làm giảm chi phí điện năng, tiết kiệm các sản phẩm cáp và cung cấp điện chất lượng tốt hơn cho người tiêu dùng. Sự lựa chọn tối ưu về công suất, phương thức và vị trí đấu nối các nguồn công suất phản kháng (Q) trong mạng hệ thống điện (EPS) cung cấptác động đáng kể đến hoạt động kinh tế và kỹ thuật của EPS. Có hai loại KRM: ngang và dọc. Với bù ngang, các khối tụ điện được nối song song với các thanh cái của trạm biến áp với tải và được gọi là shunt (SHBK). Với bù dọc, pin được bao gồm trong phần cắt của đường dây điện và được gọi là SPC (thiết bị bù dọc). Pin bao gồm các thiết bị riêng lẻ có thể được kết nối theo nhiều cách khác nhau: tụ điện mắc nối tiếp hoặc song song. Khi số lượng thiết bị mắc nối tiếp tăng lên, hiệu điện thế tăng lên. APC cũng được sử dụng để cân bằng tải theo các giai đoạn, tăng năng suất và hiệu quả của các lò nhiệt điện hồ quang và quặng (khi APC được bật thông qua các máy biến áp đặc biệt).
Trên mạch tương đương của đường dây tải điện có điện áp trên 110kV, vật dẫn điện dung xuống đất được ký hiệu là tụ điện. Nguồn điện của đường dây là do điện dung giữa các dây dẫn của các pha khác nhau và điện dung do dây pha và đất tạo thành. Vì vậy, để tính toán các chế độ vận hành của mạng, các thông số của đường dây tải điện, và xác định các vị trí hư hỏng của mạng điện, người ta sử dụng các đặc tính của tụ điện.
Ứng dụng khác
Ngoài ra, thuật ngữ này có thể được nghe từ các công nhân đường sắt. Tại sao họ cần tụ điện? Trên đầu máy điện và đầu máy diesel, các thiết bị này được sử dụng để giảm sự phát tia lửa điện của các tiếp điểm của các thiết bị điện, làm dịu dòng điện tạo xung do bộ chỉnh lưu và tạo xungcầu dao, cũng như để tạo ra điện áp hình sin đối xứng được sử dụng để cấp nguồn cho động cơ điện.
Tuy nhiên, từ này thường được nghe thấy từ môi của những người nghiệp dư trên radio. Tại sao anh ta cần tụ điện? Trong kỹ thuật vô tuyến, chúng được sử dụng để tạo ra dao động điện từ tần số cao, chúng là một phần của bộ lọc làm mịn, bộ nguồn, bộ khuếch đại và bảng mạch in.
Trong hộp găng tay của mọi người lái xe, bạn có thể tìm thấy một vài thiết bị điện này. Tại sao lại cần tụ điện trên ô tô? Ở đó, chúng được sử dụng trong thiết bị khuếch đại của hệ thống âm thanh để tái tạo âm thanh chất lượng cao.
