Vì sao tụ điện chặn dòng 1 chiều
|
Một trong những câu hỏi phổ biến nhất được các sinh viên kỹ thuật điện hỏi đi hỏi lại đó là tụ điện chặn được dòng điện 1 chiều vì sao và cho phép dòng điện xoay chiều ?. Để biết chính xác nguyên nhân, mình hãy biết tụ điện là gì và nó hoạt động như thế nào khi được kết nối với nguồn cung cấp DC và sau đó là nguồn AC. Hãy tham khảo với Hocwiki nhé. Show
Tụ điện là gì?Tụ điện là một thiết bị gồm hai tấm kim loại được ngăn cách bởi một môi trường cách điện như giấy bạc, giấy nhiều lớp, không khí, v.v … Nó tích trữ năng lượng dưới dạng tĩnh điện và giải phóng cho mạch điện khi cần thiết trong trường hợp có nguồn điện xoay chiều. Khả năng lưu trữ của nó được đo bằng đơn vị Farad “F” và “µF” hoặc “nF” được sử dụng cho các tụ điện nhỏ. Hãy nhớ rằng tụ điện hoạt động như một mạch hở trong DC, tức là nó chỉ có thể hoạt động ở điện áp AC. Sự khác biệt giữa AC và DCDC là một giá trị không đổi, tức là nó không thay đổi cực (hướng) và độ lớn trong khi AC thay đổi hướng và biên độ liên tục liên quan đến tần số của nó như thể hiện trong hình bên dưới. Bây giờ mình hãy kết nối tụ điện trong DC và sau đó AC và xem điều gì sẽ xảy ra? Tại sao một tụ điện chặn DC?Hãy nhớ rằng một tụ điện hoạt động như một mạch ngắn ở giai đoạn đầu và một tụ điện đã sạc đầy hoạt động như một mạch hở. Tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp trong khi cuộn cảm chống lại sự thay đổi của dòng điện và đóng vai trò là chập trong điện một chiều . Ở giai đoạn đầu khi mình kết nối tụ điện với nguồn điện một chiều, sẽ có một dòng điện nhỏ xảy ra cho đến khi các tấm trở nên bão hòa. Nói cách khác, cực dương của nguồn cung cấp một chiều sẽ hút các điện tử từ một cực và đẩy các điện tử sang cực thứ hai cho đến khi tấm thứ nhất trở nên tích điện dương và tấm thứ hai mang điện âm như trong hình. Ở giai đoạn này, điện áp đặt vào bằng điện áp trên tụ và các bản tụ đã bão hòa và không còn dòng điện chạy qua. Ở giai đoạn này, tụ điện hoạt động giống như một mạch hở và nếu mình tăng giá trị của điện áp DC đặt vào, tụ điện có thể bị hư và phát nổ. Hãy xem với một ví dụ đã giải quyết về tụ điện được kết nối DC. mình biết rằng không có tần số tức là tần số 0Hz trong nguồn cung cấp DC. Nếu mình đặt tần số “ f = 0” trong công thức điện kháng cảm ứng (là điện trở xoay chiều trong mạch điện dung). XC = 1 / 2πfC Đặt f = 0 XC = 1 / 2π 0 C X C = 1/0 = Vô cực Nó có nghĩa là, về mặt lý thuyết, một tụ điện sẽ cung cấp khả năng chặn vô hạn đối với dòng điện theo định mức của nó. Do đó, dòng điện sẽ không xảy ra vì dòng điện trong mạch điện dung là: I = V / XC Nếu mình đặt X C là vô cùng, giá trị của dòng điện sẽ bằng không. I = 0 A Đó là lý do chính xác Tại sao tụ điện ngăn cách dòng điện một chiều cho phép dòng điện xoay chiều đi qua Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch chỉ có tụ điệnKhi mình kết nối một tụ điện qua nguồn cung cấp AC, nó sẽ bắt đầu sạc và xả liên tục do sự thay đổi liên tục của điện áp cung cấp. Điều này là do sự thay đổi của điện áp xoay chiều, tức là xoay chiều dương trong chu kỳ ban đầu cho “t = 1” và âm trong chu kỳ thứ hai “t = 2” như được hiển thị trong hình dưới đây. Trong hình 2 (a), điều tương tự xảy ra giống như trong tụ điện được kết nối một chiều ở giai đoạn ban đầu, tức là cực dương của nguồn hút các điện tử từ bản kết nối của tụ điện và đẩy trở lại đầu cuối thứ hai. Tấm đầu tiên trở nên dương và tấm còn lại là âm do có nhiều điện tử. Quá trình này được gọi là quá trình sạc tụ điện, tức là nó lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Công thứ điện áp khi Sạc của tụ điện được cho bởi: VC = VS (1− e (−t/RC)) hoặc là V C = V S ( 1 – e-t /τ) Ở đây:
Bây giờ, cực tính của điện áp đặt vào bị đảo ngược tức là dương trở thành âm và ngược lại như trong hình 2 (b). Bây giờ đầu cuối của nguồn âm bị hút vào các lỗ trống và đẩy các electron trở lại các lỗ theo hướng ngược lại. Quá trình này vẫn diễn ra liên tục và dòng điện chạy do chuyển động liên tục của các electron. Quá trình này được gọi là phóng điện của tụ điện tức là nó khôi phục lại năng lượng đã lưu trữ cho mạch. Sự phóng điện của một tụ điện được cho bởi: VC = VS x e (−t/RC)) mình biết rằng có các tụ điện khác nhau với đánh giá đánh dấu khác nhau trên bảng tên của nó, tức là 400VDC hoặc 400VAC. Nếu một tụ điện chặn DC, tại sao đánh giá được đề cập trong DC? Chà, không có nghĩa là mình không thể sử dụng tụ điện trong mạch DC (bạn đã thấy chúng). Giá trị DC in trên nhãn tụ điện là giá trị lớn nhất của điện áp DC có thể được kết nối an toàn với nó. Hãy nhớ rằng nó không phải là giá trị của dung lượng sạc. Tụ điện phân cực chủ yếu được sử dụng trong DC trong khi không phân cực được sử dụng trong các mạch xoay chiều. TRUNG TÂM SỬA CHỮA ĐIỆN TỬ QUẢNG BÌNH MR. XÔ - 0901.679.359 - 80 Võ Thị Sáu, Phường Quảng Thuận, tx Ba Đồn, tỉnh Quảng BìnhNhư một quy luật của;
Bởi vì, điện áp AC hiển thị giá trị RMS trong đó giá trị đỉnh của AC lớn hơn DC 1,414 lần.
Câu trả lời : Có hai loại tụ điện : Câu trả lời : Tụ điện có thể cho dòng điện Thực chất chúng ta không sử dụng tụ để chỉnh lưu nguồn AC mà phải sử dụng các diode để chỉnh lưu. Tác dụng của tụ điện ở phía đầu ra là để làm mịn điện áp. Về cơ bản thì Đầu ra ở cuối quá trình chỉnh sửa điện áp có rất nhiều gợn sóng được tạo ra (tức là chúng không hoàn toàn là DC).  Do đó để làm mịn hoặc lọc nhiễu, chúng ta sử dụng các loại bộ lọc khác nhau. Thông thường, chúng ta đặt một tụ điện ở giữa Vout và GND để có được dạng sóng đầu ra phẳng hơn. Và lúc này dòng điện không thể chạy qua tụ một cách dễ dàng tụ sẽ được sạc và điện áp tích tụ ở cực dương Vậy ta sẽ có một điện áp không đổi. Bây giờ bản dương có điện thế cao hơn, điện tích sẽ tìm kiếm một đường đi có điện trở ít hơn so với bản âm của tụ điện, vì trở kháng của tụ điện rất cao đối với dòng một chiều. Câu trả lời : tại sao tụ điện ngăn dòng 1 chiều và cho dòng điện xoay chiều đi qua Vì sao tụ điện dẫn dòng xoay chiều chặn dòng 1 chiều : Một tụ điện có hai bản cực song song và một chất điện môi ở giữa khi mắc nguồn điện một chiều thì các bản tụ điện sẽ tích điện và chất điện môi không cho phép chuyển động của điện tích qua nó, do đó nó chặn dòng điện một chiều. Trong khi ở dòng điện xoay chiều, cực của nguồn kết nối với các bản tụ thay đổi trong mỗi nửa chu kỳ, do đó các bản của tụ điện tiếp tục sạc và xả và vì đối với nguồn xoay chiều, dòng điện chạy do dao động của các điện tích nên Tụ điện cho phép dòng điện xoay chiều. Để giải thích đơn giản, hãy tham khảo công thức về điện kháng của tụ điện được cho bởi X = 1 / (2πfC) Cảm kháng tỷ lệ nghịch với tần số, do đó tần số tăng thì khả năng chống dòng điện giảm. Trong khi tần số DC bằng 0 nên điện kháng trở thành X = 1 / (2 * π * 0 * C) = vô cùng. Do đó, trở kháng của tụ là vô cùng nên sẽ coi như dòng DC = 0 Câu trả lời : tại sao tụ điện không cho dòng điện 1 chiều đi qua Theo kinh nghiệm của tôi, tôi chưa sử dụng tụ điện cho việc hạ áp và chưa nghe ai làm điều đó. Mặt khác, chúng tôi sử dụng Tụ điện để giảm điện áp AC cao xuống một chiều điện áp thấp, được gọi là Nguồn cấp với ít biến áp hơn . Ngay cả trong trường hợp này, một tụ điện bình thường cũng không thể được sử dụng vì nó không thể chịu được dòng điện từ nguồn AC. Vì mục đích này, chúng tôi sử dụng các tụ điện được thiết kế đặc biệt cho AC chính là Tụ điện giảm áp hoặc Tụ điện định mức X. Các tụ điện này mắc nối tiếp vào dây pha để hạ điện áp xoay chiều. Trong trường hợp này, việc lựa chọn dải tụ điện là quan trọng vì nó dựa trên Điện trở của tụ điện và lượng dòng điện đầu ra. Kiểm tra bảng dưới đây Điện kháng của tụ điện được cho bởi, X = 1 / (2πfC) Chọn điện dung của bất kỳ tụ điện nào và áp dụng trong cái này, bạn sẽ nhận được điện kháng. Ví dụ điện dung của tụ 474K là 0,47uF và đối với tụ 333K là 0,03uF. Để tính dòng điện trong mạch, chúng ta sử dụng I = V / X Dưới đây là một mạch đơn giản sử dụng một tụ điện để giảm điện áp cao Ac xuống điện áp thấp Dc. Câu trả lời : Nói chung là không. Điện áp trên tụ điện thay đổi nhanh hơn khi có nhiều dòng điện chạy vào (hoặc ra) và chậm hơn khi tụ điện lớn hơn: tỷ lệ = I/C volts/second. Ở đây I là dòng điện và C là điện dung. Nếu dòng điện chạy vào, điện áp tăng. Nếu dòng điện chảy ra, điện áp giảm. Tốc độ sạc và xả của tụ phụ thuộc vào hằng số thời gian (τ =RC) của mạch mà nó được kết nối. Điện trở được chọn để cung cấp thời gian sạc và phóng điện thích hợp nhất cho ứng dụng của mạch. rate = ICIC volts per second. Loại tụ điện nào không thể mất được vào mạch điện xoay chiều : Điện trở , cuộn cảm và tụ điện là ba phần tử cơ bản của mạch điện. Điện trở: Điện trở đối lập với dòng điện. Sự đối lập này có thể được giải thích bằng nguyên lý bảo toàn năng lượng. Năng lượng cung cấp cho một điện trở bị tiêu tán dưới dạng nhiệt và do đó năng lượng thực của điện trở là hiệu số của năng lượng cung cấp cho điện trở và năng lượng bị mất đi trong điện trở. Do sự mất mát năng lượng này, điện áp bị giảm trên điện trở và do đó dòng điện bị hạn chế. Nó có thể được hiểu một cách đơn giản với định luật Ohm, V = I * R Nếu V volt là điện áp rơi trên điện trở và R ohms là điện trở thì dòng điện qua nó là I ampe. Do đó, điện trở được sử dụng trong mạch ở bất cứ nơi nào chúng ta muốn giảm điện áp hoặc hạn chế dòng điện. Cuộn cảm: Cuộn cảm chống lại dòng điện bằng cách lưu trữ năng lượng vào từ trường của nó. Theo đặc tính cơ bản của nó, cuộn cảm không cho phép thay đổi đột ngột dòng điện qua nó. Vì vậy, nó làm chậm dòng điện qua nó bất cứ khi nào điện áp được đặt trên nó. Nó phản đối sự phát triển nhanh chóng hoặc phân rã của dòng điện qua nó. Cuộn cảm hoạt động như ngắn mạch đối với DC ở trạng thái ổn định. Khi đặt AC qua nó, cuộn cảm tích trữ năng lượng trong từ trường trong một nửa chu kỳ của AC và đưa nó trở lại nguồn trong nửa chu kỳ còn lại. Điện áp giảm trên một cuộn cảm được cho bởi, V=L∗(di/dt) Sự phản đối của một cuộn cảm đối với dòng điện được gọi là điện kháng cảm ứng và nó được biểu thị về mặt toán học là, Xc=2∗pi∗f∗LXc=2∗pi∗f∗L (ohms) Có thể thấy rằng điện kháng được cung cấp tỷ lệ thuận với tần số đối với độ tự cảm không đổi. Do đó, nó cung cấp sự phản đối cao ở tần số cao trong khi sự phản đối thấp ở tần số thấp. Ở trạng thái ổn định, điện kháng cảm ứng sẽ bằng 0 đối với DC trong khi đối với nguồn AC 50 hz, nó sẽ là một số hữu hạn. Đó là lý do tại sao tôi đã đề cập rằng cuộn cảm hoạt động như ngắn mạch đối với DC ở trạng thái ổn định. Đối với DC, ban đầu cuộn cảm sẽ là một mạch hở, bởi vì khi nguồn đột ngột được BẬT, tốc độ thay đổi của dòng điện sẽ rất cao và do đó, cuộn cảm sẽ cố gắng chống lại nó. Nó có thể được sử dụng ở bất cứ nơi nào không mong muốn sự thay đổi đột ngột của dòng điện. Tụ điện: Tụ điện đưa ra sự đối lập với dòng điện chạy qua nó bằng cách tích trữ năng lượng vào trường tĩnh điện của nó. Theo đặc tính cơ bản của nó, tụ điện không cho phép thay đổi điện áp đột ngột trên nó. Điện áp rơi trên một tụ điện được cho bởi, Ban đầu, tụ điện sẽ ngắn mạch đối với nguồn điện một chiều, vì nó không cho phép thay đổi đột ngột điện áp trên nó (giả sử điện áp ban đầu trên nó bằng 0). Từ từ, điện áp trên tụ điện sẽ tăng lên và nó sẽ trở nên bằng với điện áp nguồn một chiều. Khi điện áp cung cấp và điện áp trên tụ điện trở nên giống nhau, không có dòng điện nào sẽ chạy thêm. Do đó, nó sẽ hoạt động như một mạch mở cho DC, ở trạng thái ổn định. Sự phản đối của tụ điện đối với dòng điện được gọi là điện kháng điện dung và được biểu thị về mặt toán học là, Xc=1/(2∗pi∗f∗C)Xc=1/(2∗pi∗f∗C) (ohms) Nó giảm khi tần số tăng lên . Do đó, ở trạng thái ổn định, nó sẽ là vô hạn đối với DC, trong khi đối với nguồn AC 50 hz, nó sẽ là một số hữu hạn. Do đó, tụ điện có thể được sử dụng ở bất cứ nơi nào không mong muốn có sự thay đổi điện áp đột ngột hoặc điện áp tại một số nút cần được duy trì. Các ứng dụng chung: Điện trở Được sử dụng để hạn chế dòng điện và phân chia điện áp. Cuộn cảm Suy giảm tín hiệu tần số cao, hấp thụ công suất phản kháng dư thừa, v.v. Tụ điện Ghép nối tín hiệu AC, bộ phân áp, cải thiện hệ số công suất bằng cách cung cấp công suất phản kháng, giữ nguyên điện áp ở các nút khác nhau của mạch, bỏ qua tín hiệu nhiễu tần số cao hơn, v.v. |
