Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều. Đây là linh kiện phổ biến mà chắc chắn ai cũng đã được nghe ở đâu đó. Chẳng hạn như môn học vật lý hay cuộc sống hằng ngày. Tuy nhiên, không phải ai cũng biết tụ điện là gì?
Tụ điện là gì?
- Tụ điện có tên gọi tiếng anh là Capacitor và được viết tắt là chữ “C”.
- Tụ điện là một linh kiện có 2 cực thụ động lưu trữ năng lượng điện. Hay tích tụ điện tích bởi 2 bề mặt dẫn điện trong một điện trường.
- 2 bề mặt dẫn điện của tụ điện được ngăn cách bởi điện môi (dielectric) – là những chất không dẫn điện như: Giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica…
- Có nhiều loại tụ điện khác nhau và nó được phân loại dựa trên cấu tạo của tụ điện.
- Khi 2 bề mặt có sự chênh lệch về điện thế, nó cho phép dòng điện xoay chiều đi qua. Các bề mặt sẽ có điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.
- Người ta coi tụ điện là một ắc qui mini bởi khả năng lưu trữ năng lượng điện. Tuy nhiên, cấu tạo của tụ điện cũng như nguyên lý làm việc của tụ điện với ắc qui hoàn toàn khách nhau. Hãy xem chi tiết điều này ở phần tiếp theo.
- Đơn vị của tụ điện là Fara. Cách quy đổi 1 Fara: 1F = 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 gồm ít nhất hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi.
Dây dẫn của tụ điện có thể sử dụng là giấy bạc, màng mỏng,…
Điện môi sử dụng cho tụ điện là các chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí. Các điện môi này không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.
Các loại tụ điện phổ biến:
- Tụ hóa: là tụ có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ. Trên thân tụ được thể hiện giá trị điện dung, điện dung thường từ 0,47 µF đến 0,4700 µF
- Tụ giấy, tụ mica và tụ gốm: là tụ không phân cực và có hình dẹt, không phân biệt âm dương. Có trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số, điện dung của tụ thường khá nhỏ, chỉ khoảng 0,47 µF
- Tụ xoay: Đúng như tên gọi, cấu tạo của tụ điện này giúp nó có thể xoay để đổi giá trị điện dung
- Tụ Li ion: có năng lượng cực cao dùng để tích điện 1 chiều
Nguyên lý hoạt động của tụ điện
Nguyên lý phóng nạp của tụ điện được hiểu là khả năng tích trữ năng lượng điện như một ắc qui nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường. Nó lưu trữ hiệu quả các electron và phóng ra các điện tích này để tạo ra dòng điện. Nhưng nó không có khả năng sinh ra các điện tích electron. Đây cũng là điểm khác biệt lớn của tụ điện với ắc qui.
Nguyên lý nạp xả của tụ điện là tính chất đặc trưng và cũng là điều cơ bản trong nguyên lý làm việc của tụ điện. Nhờ tính chất này mà tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều.
Nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp hoặc xả tụ rất dễ gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến.
Công dụng của tụ điện
Tụ điện có tác dụng gì? Từ những nguyên lý tụ điện trên đây chắc bạn đã phần nào hiểu được những tác dụng của tụ điện rồi chứ. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn muốn giải thích công dụng của tụ điện được rõ hơn.
- Tác dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất là khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả. Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc qui. Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện.
- Ngoài ra, công dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng. Đặc biệt khi tần số điện xoay chiều (điện dung của tụ càng lớn) thì dung kháng càng nhỏ. Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện.
- Hơn nữa, do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông giúp truyền tí hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.
- Tụ điện còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng 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. Tụ đề có nhiệm vụ tăng mô-men (moment) khởi động cho mô-tơ trong một khoảng thời gian ngắn, đồng thời, cho phép mô-tơ có thể dừng và chạy một cách nhanh chóng. Tụ đề có giá trị điện dung từ 25 ~ 30 microfaras (khi làm việc ở 220V), khi điện dung từ 70 microfaras (uF) trở lên sẽ có 4 mức điện áp làm việc là: 125V, 165V, 250V và 330V.
Thông thường, khởi động mô-tơ, tụ đề sẽ làm lệch pha dòng điện đặt vào cuộn đề trong mô-tơ và làm cho mô-tơ đủ mô-men để tăng tốc đến khoảng ¾ tốc độ tối đa, khi đó, tụ này sẽ được ngắt ra khỏi mạch bằng một công tắt ly tâm (centrifugal switch) đặt bên trong mô-tơ khi đã đạt đến số vòng quay tối đa.
TỤ NGẬM (RUN CAPACITOR)
Tụ ngậm thường được chế tạo bằng vật liệu phim polypropylene và không phân cực. Tụ được thiết kế để làm việc liên tục trong suốt thời gian hoạt động của mô-tơ. Thông thường, giá trị của tụ ngậm thay đổi từ 1.5 ~ 100 microfarads (uF hoặc mfd), với điện áp làm việc từ 370V đến 440V. Động cơ điện một pha thường dùng tụ này để làm lệch pha điện áp đặt cuộn dây thứ hai và đồng thời đảm bảo hiệu suất hoạt động của mô-tơ. Nếu ta thay tụ ngậm sai giá trị, điều này sẽ dẫn đến từ trường xoay sinh ra bởi các cuộn dây trong mô-tơ không đồng đều và sẽ làm cho rô-tơ (rotor) “giật” tại các vị trí từ trường không đồng điều này. Hiện tượng này sẽ khiến cho mô-tơ chạy mau nóng, ồn, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và mau hỏng mô-tơ.
Khi lựa chọn tụ ngậm để thay thế, chúng ta cần chú ý đến giá trị điện áp ghi trên thân tụ và giá trị điện dung (giá trị điện áp phải bằng hoặc cao hơn, giá trị điện dung phải gần với tụ cần thay thế).
Ứng dụng tụ điện trong thực tế
- Ứng dụng của tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử.
- Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi bởi tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuyếch đại được sử dụng
- Tụ điện có thể để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử
- Trong các chế tạo đặc biệt về vấn đề quân sự, ứng dụng của tụ điện dùng trong các máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,…
- Ứng dụng của tụ điện trong thực tế lớn nhất là việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng
- …. và nhiều hơn nữa những tác dụng của tụ điện như xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,…
Cách kiểm tra tụ điện
Phương pháp đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm, Phương pháp kiểm tra tụ ho
1. Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm
Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập, để phát hiện tụ dò rỉ hoặc bị chập ta quan sát hình ảnh
Ở hình ảnh trên là phép đo kiểm tra tụ gốm, có ba tụ C1 , C2 và C3 có điện dung bằng nhau, trong đó C1 là tụ tốt, C2 là tụ bị dò và C3 là tụ bị chập.
Khi đo tụ C1 (Tụ tốt) kim phóng lên 1 chút rồi trở về vị trí cũ. (Lưu ý các tụ nhỏ quá < 1nF thì kim sẽ không phóng nạp)
Khi đo tụ C2 (Tụ bị dò) ta thấy kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về vị trí cũ.
Khi đo tụ C3 (Tụ bị chập) ta thấy kim lên = 0 Ω và không trở về.
Lưu ý: Khi đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm ta phải để đồng hồ ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ, và phải đảo chiều kim đồng hồ vài lần khi đo.
2. Đo kiểm tra tụ hoá
Tụ hoá ít khi bị dò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô (khô hoá chất bên trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ bị giảm , để kiểm tra tụ hoá , ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung, hình ảnh dưới đây minh hoạ
Để kiểm tra tụ hoá C2 có trị số 100µF có bị giảm điện dung hay không, ta dùng tụ C1 còn mới có cùng điện dung và đo so sánh.
Để đồng hồ ở thang từ x1Ω đến x100Ω (điện dung càng lớn thì để thang càng thấp)
Đo vào hai tụ và so sánh độ phóng nạp , khi đo ta đảo chiều que đo vài lần.
Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt, ở trên ta thấy tụ C2 phóng nạp kém hơn do đó tụ C2 ở trên đã bị khô.
Trường hợp kim lên mà không trở về là tụ bị dò.
Chú ý: Nếu kiểm tra tụ điện trực tiếp ở trên mạch, ta cần phải hút rỗng một chân tụ khỏi mạch in, sau đó kiểm tra như trên.
Nói chúng khi ta kiểm tra tụ hóa (sống -chết) thì rất đơn giản. Ta chỉ việc tích điện cho nó sau đó nó tạo ra 1 điện trở trong lòng lớp điện môi (hay tạo ra dòng rò).
Trên đây là những tổng hợp của motor điện cơ về cấu tạo nguyên lý hoạt động vầ ứng dụng của tụ điện trong hoạt động máy móc, thiết bị. Hy vọng bài viết mang lại những thông tin hữu ích cho các bạn.
