Tụ điện là gì ? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và chức năng của tụ điện

Nếu bạn mới bắt đầu tìm hiểu về điện lạnh, bạn có thể sẽ thắc mắc tụ điện là gì, công dụng của nó ra sao và nguyên lý hoạt động như thế nào. Để giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về tụ điện, Tân Long xin mời bạn tham khảo bài viết chi tiết về chủ đề này dưới đây.

Capacitor tụ điện là gì?

Tụ điện (capacitor) là một thiết bị điện tử dùng để lưu trữ điện tích và năng lượng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử để lọc nhiễu, cân bằng điện áp, tạo dao động và nhiều ứng dụng khác. Tụ điện có thể được phân loại theo loại điện cực, loại điện môi, dung lượng, điện áp, tần số, kích thước và hình dạng.

Hình dáng của tụ điện trên thực tế

Cấu tạo tụ điện là gì?

Ngoài khái niệm tụ điện là gì thì không ít người muốn tìm hiểu về cấu tạo của nó. Tụ điện bao gồm ít nhất hai dây dẫn điện, thường ở dạng tấm kim loại, đặt song song và được ngăn cách bởi một lớp điện môi.

Dây dẫn của tụ điện có thể là giấy bạc hoặc màng mỏng. Điện môi là các chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí. Điện môi này giúp tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện. Tùy vào loại điện môi, tụ điện có tên gọi tương ứng.

Điện dung , đơn vị và cả ký hiệu của tụ điện

Điện dung là đại lượng thể hiện khả năng tích điện của tụ điện. Điện dung phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực, được tính theo công thức:

C = ξ . S / d

Trong đó:

C: Điện dung của tụ điện

ξ: Hằng số điện môi lớp cách điện

S: Diện tích bản cực tụ điện

d: Chiều dày  lớp cách điện

Đơn vị điện dung của tụ điện: Đơn vị của điện dung là Fara (F), nhưng vì 1 Fara rất lớn, nên thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:

• MicroFara (µF): 1 Fara = 1.000.000 µF
• NanoFara (nF): 1 Fara = 1.000.000.000 nF
• PicoFara (pF): 1 Fara = 1.000.000.000.000 pF
• 1 µF = 1.000 nF
• 1 nF = 1.000 pF

Ký hiệu tụ điện: Tụ điện được ký hiệu là C (Capacitor).

Điện môi: Điện môi là chất dẫn điện kém, có điện trở suất cao (10⁷ ÷ 10¹⁷ Ω.m) ở nhiệt độ bình thường. Chất cách điện bao gồm phần lớn các vật liệu vô cơ và hữu cơ.

Phân loại tụ điện phổ biến

Các loại tụ điện thông dụng

Tụ hóa (Tụ điện phân cực)

Tụ hóa là loại tụ điện có phân cực, nghĩa là khi sử dụng, bạn cần phải cắm đúng chân của tụ với điện áp cung cấp. Chân của tụ hóa thường được đánh dấu bằng ký hiệu (+) hoặc (-).

Có hai dạng tụ hóa:

• Tụ hóa có chân tại hai đầu hình trụ tròn
• Tụ hóa có hai chân nối ra cùng một đầu trụ

Trên thân tụ hóa thường ghi giá trị điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được. Nếu điện áp vượt quá hạn mức này, tụ có thể bị phồng hoặc nổ gây nguy hiểm. Trị số của tụ hóa được ghi trên thân, ví dụ 10µF, 100µF.

Tụ điện không phân cực

Tụ điện không phân cực không quy định cực tính âm hay dương, thường có hình dẹt và điện dung nhỏ từ 0,47µF trở xuống. Loại tụ này có thể thay thế bởi tụ điện phân cực và lắp đặt dễ dàng mà không cần quan tâm đến cực.

Tụ điện không phân cực được dùng trong mạch tần số cao, làm mạch lọc nhiễu và trong các thiết bị dân dụng như máy bơm, motor, và tụ bù pha lưới điện.

Siêu tụ điện

Siêu tụ điện có mật độ năng lượng rất cao (supercapacitor), như tụ điện Li-ion (tụ LIC). Loại tụ này có khả năng tích trữ điện năng trong vài tháng, cung cấp nguồn thay cho pin lưu dữ liệu trong các thiết bị điện tử. Chúng có khả năng phóng nạp nhanh và chứa nhiều năng lượng, được dùng trong giao thông để khai thác năng lượng hãm phanh, cung cấp năng lượng đỉnh đột xuất cho ô tô điện, tàu điện, và tàu hỏa nhanh.

Công dụng mỗi loại tụ điện là gì ?

Tụ điện phân cực (tụ hóa)

Tụ điện phân cực hay tụ hóa thường dùng trong mạch tần số thấp như mạch lọc nguồn. Tụ này chứa điện dung lớn mà không chiếm nhiều diện tích. Tuy nhiên, cần kết nối đúng cực, nếu không tụ sẽ bị hư hỏng. Tuổi thọ của tụ hóa ngắn hơn các loại tụ khác.

Tụ điện không phân cực

Tụ điện không phân cực dùng trong mạch tần số cao và mạch lọc nhiễu. Loại tụ này không yêu cầu kết nối đúng cực và thường có điện dung nhỏ. Tụ không phân cực thường dùng trong thiết bị điện gia dụng như quạt và động cơ.

Tụ xoay

Tụ xoay có thể thay đổi giá trị điện dung và thường dùng trong mạch cần điều chỉnh điện dung như bộ chỉnh tần số. Giá trị của tụ xoay thường từ 100pF đến 500pF.

Siêu tụ điện

Siêu tụ điện có mật độ điện dung rất cao, dùng trong thiết bị yêu cầu nguồn năng lượng tức thời lớn như thang máy, cần cẩu, xe hơi, và các thiết bị di động. Siêu tụ điện lưu trữ nhiều năng lượng, sạc và xả nhanh chóng, tuổi thọ dài hơn pin thông thường, là công nghệ lưu trữ năng lượng tiên tiến.

Công thức chuẩn tính điện dung capacitor

Các tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương với C tđ được tính bởi công thức sau:

1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 )

Trường hợp có 2 tụ mắc nối tiếp thì C tđ = C1.C2 / ( C1 + C2 )

Khi mắc nối tiếp thì điện áp chịu đựng của tụ sẽ bằng tương đương tổng điện áp của các tụ cộng lại. U tđ = U1 + U2 + U3

Khi mắc nối tiếp các tụ điện với nhau, nếu là các tụ hoá ta cần quan tâm đến chiều của tụ điện, cực âm tụ trước phải nối với cực dương của tụ sau:

Trường hợp tụ điện mắc song song thì có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại . C = C1 + C2 + C3

Điện áp chịu đựng của tụ điện tương tương sẽ bằng điện áp của tụ có điện áp thấp nhất. Nếu là tụ hoá thì các tụ phải đấu cùng chiều âm dương.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện là gì?

Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường bằng cách tích trữ các electron và có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện. Tính chất này cho phép tụ điện dẫn điện xoay chiều. Khi điện áp của hai bản mạch biến thiên theo thời gian mà tụ điện bị nạp hoặc xả đột ngột, có thể xảy ra hiện tượng nổ với tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện capacitor.

Hướng dẫn kiểm tra capacitor còn hoạt động hay không?

Để kiểm tra xem tụ điện còn hoạt động tốt hay không, bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng hoặc LCR clip. Trước khi kiểm tra, hãy đảm bảo tụ điện đã được xả hoàn toàn để tránh nguy cơ giật điện hoặc hư hỏng.

Với đồng hồ vạn năng, chuyển sang chế độ đo điện dung. Sau đó, kết nối đầu dò của đồng hồ đến hai chân của tụ điện và đọc kết quả trên màn hình. Nếu kết quả gần bằng với giá trị điện dung in trên tụ điện, tụ điện hoạt động tốt. Nếu không, tụ điện có thể hỏng và cần thay thế.

Ứng dụng của tụ điện

• Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện hiệu quả, tương tự như ắc quy, nhưng không tiêu hao năng lượng điện.
• Tụ điện cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp nó dẫn điện như một điện trở đa năng.
• Với nguyên lý nạp xả thông minh và khả năng ngăn điện áp một chiều, tụ điện có thể cho điện áp xoay chiều lưu thông, truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch điện thế.

Trên đây là một số thông tin về tụ điện, bao gồm định nghĩa tụ điện là gì, cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của nó. Hy vọng bài viết hữu ích cho bạn, truy cập Tân Long để tham khảo thêm nhiều thông tin bổ ích khác!

• Bảng giá lắp đặt kho lạnh bảo quản hoa tươi đạt tiêu chuẩn
• Báo giá thiết kế lắp đặt kho lạnh nông sản đạt chuẩn – Tân Long
• Kho lạnh ETC là gì? Kho lạnh ETC chất lượng giá tốt nhất Việt Nam