Thể loại: Bài viết nổi bật » Thợ điện Novice
Số lượt xem: 48027
Bình luận về bài viết: 1
Tụ điện xoay chiều
Dòng điện xoay chiều là gì?
Nếu chúng ta xem xét một dòng điện trực tiếp, thì nó không thể luôn luôn hoàn toàn không đổi: điện áp ở đầu ra nguồn có thể phụ thuộc vào tải hoặc vào mức độ xả của pin hoặc pin điện. Ngay cả với điện áp ổn định không đổi, dòng điện trong mạch ngoài phụ thuộc vào tải, điều này xác nhận định luật Ohm. Nó chỉ ra rằng đây cũng không phải là một dòng không đổi, nhưng một dòng như vậy cũng không thể được gọi là biến, vì nó không thay đổi hướng.
Một biến thường được gọi là điện áp hoặc dòng điện, hướng và cường độ không thay đổi dưới tác động của các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như tải, nhưng hoàn toàn "độc lập": đây là cách máy phát tạo ra nó. Ngoài ra, những thay đổi này nên được định kỳ, tức là lặp đi lặp lại trong một khoảng thời gian nhất định gọi là một khoảng thời gian.
Nếu điện áp hoặc dòng điện thay đổi dù sao đi nữa, mà không phải lo lắng về tần số và các tần số khác, tín hiệu như vậy được gọi là nhiễu. Một ví dụ kinh điển là tuyết tuyết trên màn hình TV với tín hiệu phát sóng yếu. Ví dụ về một số tín hiệu điện định kỳ được hiển thị trong Hình 1.
Đối với dòng điện trực tiếp, chỉ có hai đặc điểm: cực tính và điện áp của nguồn. Trong trường hợp dòng điện xoay chiều, hai đại lượng này rõ ràng là không đủ, do đó xuất hiện thêm một số tham số: biên độ, tần số, chu kỳ, pha, giá trị tức thời và hiệu quả.
Hình 1Ví dụ về một số tín hiệu điện định kỳ
Thông thường nhất trong công nghệ, người ta phải đối phó với các dao động hình sin, hơn nữa, không chỉ trong kỹ thuật điện. Hãy tưởng tượng một bánh xe ô tô. Khi lái xe đồng đều trên một con đường trơn tốt, trung tâm của bánh xe mô tả một đường thẳng song song với mặt đường. Đồng thời, bất kỳ điểm nào trên ngoại vi của bánh xe đều di chuyển dọc theo một hình sin so với đường vừa được đề cập.
Hình trên có thể được xác nhận trong Hình 2, cho thấy một phương pháp đồ họa để xây dựng một hình sin: bất cứ ai nghiên cứu vẽ đều biết cách thực hiện các công trình như vậy.
Hình 2Phương pháp sóng hình sin
Từ khóa học vật lý học, người ta biết rằng một hình sin là phổ biến nhất và phù hợp để nghiên cứu một đường cong định kỳ. Theo cùng một cách chính xác, dao động hình sin thu được trong máy phát điệndo thiết bị cơ khí của họ.
Hình 3 cho thấy một biểu đồ của dòng điện hình sin.
Hình 3Đồ thị hình sin
Dễ dàng thấy rằng cường độ của dòng điện thay đổi theo thời gian, do đó trục tọa độ được biểu thị trong hình như i (t), là hàm của dòng điện theo thời gian. Toàn bộ thời gian của dòng điện được biểu thị bằng một đường liền nét và có một khoảng thời gian T. Nếu bạn bắt đầu xem xét từ nguồn gốc, bạn có thể thấy rằng lúc đầu dòng điện tăng, đạt Imax, đi qua 0, giảm xuống cònImImax, sau đó tăng và đạt 0. Tiếp theo, giai đoạn tiếp theo bắt đầu, như được hiển thị bởi đường đứt nét.
Ở dạng công thức toán học, hành vi hiện tại được viết như sau: i (t) = Imax * sin (* t ± φ).
Ở đây i (t) là giá trị tức thời của dòng điện, tùy thuộc vào thời gian, Imax là giá trị biên độ (độ lệch tối đa từ trạng thái cân bằng), ω là tần số tròn (2 * π * f), φ là góc pha.
Tần số tròn được đo bằng radian trên giây và góc pha φ tính bằng radian hoặc độ. Cái sau chỉ có ý nghĩa khi có hai dòng điện hình sin. Ví dụ: trong chuỗi với tụ điện dòng điện đi trước điện áp 90 hoặc chính xác một phần tư chu kỳ, như trong Hình 4. Nếu có một dòng điện hình sin, thì bạn có thể di chuyển nó dọc theo trục tọa độ như bạn muốn, và sẽ không có gì thay đổi từ điều này.
Hình 4 Trong các mạch có tụ điện, dòng điện đi trước điện áp bằng một phần tư của một khoảng thời gian
Ý nghĩa vật lý của tần số tròn là góc nào trong radian sẽ chạy qua một hình sin trong một giây.
Chu kỳ - T là khoảng thời gian mà sóng hình sin sẽ tạo ra một dao động hoàn chỉnh. Điều tương tự áp dụng cho các rung động của một hình dạng khác nhau, ví dụ, hình chữ nhật hoặc hình tam giác. Thời gian được đo bằng giây hoặc đơn vị nhỏ hơn: mili giây, micro giây hoặc nano giây.
Một tham số khác của bất kỳ tín hiệu định kỳ nào, bao gồm cả hình sin, là tần số, có bao nhiêu dao động mà tín hiệu sẽ thực hiện trong 1 giây. Đơn vị đo tần số là Hertz (Hz), được đặt theo tên của nhà khoa học thế kỷ 19 Heinrich Hertz. Vì vậy, tần số 1 Hz không có gì nhiều hơn một dao động / giây. Ví dụ, tần số của mạng chiếu sáng là 50Hz, nghĩa là chính xác là 50 chu kỳ hình sin trôi qua trong một giây.
Nếu giai đoạn hiện tại được biết đến (bạn có thể đo bằng máy hiện sóng), sau đó tần số của tín hiệu sẽ giúp tìm ra công thức: f = 1 / T Hơn nữa, nếu thời gian được biểu thị bằng giây, kết quả sẽ bằng Hertz. Ngược lại, T = 1 / f, tần số tính bằng Hz, thời gian thu được tính bằng giây. Ví dụ khi 50 hertz khoảng thời gian sẽ là 1/50 = 0,02 giây hoặc 20 mili giây. Trong điện, tần số cao hơn thường được sử dụng: KHz - kilohertz, MHz - megahertz (hàng nghìn và hàng triệu dao động mỗi giây), v.v.
Mọi thứ nói về dòng điện cũng đúng với điện áp xoay chiều: chỉ trong hình 6 là đủ để thay đổi chữ I thành U. Công thức sẽ như thế này: u (t) = Umax * sin (* t ± φ).
Những lời giải thích này là đủ để trở về thử nghiệm với các tụ điện và giải thích ý nghĩa vật lý của chúng.
Tụ điện dẫn dòng điện xoay chiều, được thể hiện trong sơ đồ trong Hình 3 (xem bài viết - Tụ điện cho lắp đặt điện AC). Độ sáng của đèn tăng khi kết nối thêm một tụ điện. Khi các tụ điện được kết nối song song, điện dung của chúng chỉ đơn giản cộng lại, do đó có thể giả sử rằng điện dung Xc phụ thuộc vào điện dung. Ngoài ra, nó cũng phụ thuộc vào tần số của dòng điện, và do đó công thức trông như thế này: Xc = 1/2 * π * f * C.
Nó theo công thức mà với điện dung và tần số của điện áp xoay chiều tăng, điện trở Xc giảm. Các phụ thuộc này được hiển thị trong Hình 5.
Hình 5. Sự phụ thuộc của điện kháng của tụ điện vào điện dung
Nếu chúng ta thay thế tần số trong Hertz thành công thức và điện dung trong Farads, thì kết quả sẽ là Ohms.
Bình ngưng sẽ nóng lên?
Bây giờ nhớ lại trải nghiệm với một tụ điện và một đồng hồ điện, tại sao nó không quay? Thực tế là đồng hồ xem xét năng lượng hoạt động khi người tiêu dùng là một tải hoạt động hoàn toàn, ví dụ, đèn sợi đốt, ấm đun nước điện hoặc bếp điện. Đối với những người tiêu dùng như vậy, điện áp và dòng điện trùng nhau theo pha, có một dấu hiệu: nếu bạn nhân hai số âm (điện áp và dòng điện trong nửa chu kỳ âm), kết quả theo định luật toán học vẫn dương. Do đó, năng lực của những người tiêu dùng như vậy luôn luôn tích cực, tức là đi vào tải và được giải phóng dưới dạng nhiệt, như trong Hình 6 bởi đường đứt nét.
Hình 6
Trong trường hợp khi tụ điện được bao gồm trong mạch điện xoay chiều, dòng điện và điện áp không trùng pha nhau: dòng điện đi trước 90 pha so với pha trong điện áp, dẫn đến sự kết hợp khi dòng điện và điện áp có các dấu hiệu khác nhau.
Hình 7
Tại những thời điểm này, sức mạnh là tiêu cực. Nói cách khác, khi công suất dương, tụ điện được tích điện và khi âm, năng lượng lưu trữ được truyền trở lại nguồn. Do đó, trung bình nó biến thành số không và đơn giản là không có gì để đếm ở đây.
Các tụ điện, trừ khi nó là dịch vụ, thậm chí sẽ không nóng lên. Do đó, thường tụ điện gọi là điện trở tự do, cho phép sử dụng nó trong các nguồn cung cấp năng lượng thấp không biến áp.Mặc dù các khối như vậy không được khuyến khích vì sự nguy hiểm của chúng, đôi khi vẫn cần phải làm điều này.
Trước khi cài đặt trong một đơn vị như vậy tụ điện dập tắt, cần kiểm tra bằng cách kết nối đơn giản với mạng: nếu trong nửa giờ thiết bị ngưng tụ không nóng lên, thì nó có thể được đưa vào mạch một cách an toàn. Nếu không, bạn chỉ cần vứt nó đi mà không hối tiếc.
Một vôn kế cho thấy gì?
Trong sản xuất và sửa chữa các thiết bị khác nhau, mặc dù không thường xuyên, nhưng cần phải đo điện áp xoay chiều và thậm chí cả dòng điện. Nếu một hình sin hoạt động rất bận rộn, sau đó lên xuống, một vôn kế bình thường sẽ hiển thị những gì?
Giá trị trung bình của tín hiệu định kỳ, trong trường hợp này là hình sin, được tính bằng diện tích giới hạn bởi trục abscissa và hình ảnh đồ họa của tín hiệu chia cho 2 * π radian hoặc chu kỳ của hình sin. Vì phần trên và phần dưới hoàn toàn giống nhau, nhưng có các dấu hiệu khác nhau, giá trị trung bình của hình sin là bằng 0 và không cần thiết phải đo nó, và thậm chí nó chỉ đơn giản là vô nghĩa.
Do đó, thiết bị đo cho chúng ta thấy giá trị rms của điện áp hoặc dòng điện. Giá trị bình phương trung bình là một giá trị của dòng điện tuần hoàn mà tại đó cùng một lượng nhiệt được giải phóng trên cùng một tải như trên dòng điện trực tiếp. Nói cách khác, bóng đèn tỏa sáng với cùng độ sáng.
Điều này được mô tả bởi các công thức như thế này: Icrc = 0,707 * Imax = Imax / 2 cho điện áp, công thức là như nhau, chỉ cần thay đổi một chữ cái Ucrc = 0,707 * Umax = Umax / 2. Đó là những giá trị mà thiết bị đo hiển thị. Chúng có thể được thay thế thành các công thức khi tính toán theo định luật Ohm hoặc khi tính toán công suất.
Nhưng đây không phải là tất cả những gì một tụ điện trong mạng AC có khả năng. Trong bài viết tiếp theo, chúng tôi sẽ xem xét việc sử dụng các tụ điện trong các mạch xung, bộ lọc thông cao và thông thấp, trong các máy phát sóng hình sin và sóng vuông.
Boris Aladyshkin
Tiếp tục bài viết: Tụ điện trong mạch điện tử
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: