Lưu trữ năng lượng
Tụ lưu trữ năng lượng cho đèn flash máy ảnh trong một Polaroid cổ điển
Một tụ điện có thể lưu trữ năng lượng điện khi nó được kết nối với mạch sạc của nó. Và khi nó bị ngắt khỏi mạch sạc, nó có thể tiêu tan năng lượng dự trữ đó, vì vậy nó có thể được sử dụng như một cục pin tạm thời . Tụ điện thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử để duy trì nguồn điện trong khi pin đang được thay đổi. (Điều này ngăn ngừa mất thông tin trong bộ nhớ dễ bay hơi.)
Các tụ điện tĩnh thông thường cung cấp ít hơn 360 joules cho mỗi kg mật độ năng lượng, trong khi các tụ điện sử dụng công nghệ đang phát triển có thể cung cấp hơn 2,52 kilo joules mỗi kg.
Trong hệ thống âm thanh xe hơi , tụ điện lớn lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại để sử dụng theo yêu cầu.
Một nguồn cung cấp điện liên tục (UPS) có thể được trang bị các tụ điện không cần bảo trì để kéo dài tuổi thọ.
Sức mạnh và vũ khí xung
Các nhóm tụ điện cao áp lớn, được chế tạo đặc biệt, có điện cảm thấp ( ngân hàng tụ điện ) được sử dụng để cung cấp các xung dòng lớn cho nhiều ứng dụng năng lượng xung . Chúng bao gồm hình thành điện từ , máy phát điện Marx , laser xung (đặc biệt là laser TEA ), mạng hình thành xung , nghiên cứu hợp hạch và máy gia tốc hạt .
Các tụ điện lớn (hồ chứa) được sử dụng làm nguồn năng lượng cho kíp nổ - cầu nổ hoặc kíp nổ trong vũ khí hạt nhân và các vũ khí đặc biệt khác. Công việc thực nghiệm đang được tiến hành sử dụng ngân hàng của các tụ điện là nguồn năng lượng cho điện giáp và điện từ railguns hoặc coilguns .
Điều hòa năng lượng
Tụ điện được sử dụng trong các nguồn cung cấp năng lượng trong đó chúng làm mịn đầu ra của bộ chỉnh lưu toàn bộ hoặc nửa sóng. Chúng cũng có thể được sử dụng trong các mạch bơm tích điện như là phần tử lưu trữ năng lượng trong việc tạo ra điện áp cao hơn điện áp đầu vào.
Các tụ điện được kết nối song song với các mạch nguồn DC của hầu hết các thiết bị điện tử để làm trơn các dao động dòng điện cho mạch tín hiệu hoặc điều khiển. Thiết bị âm thanh, ví dụ, sử dụng một số tụ điện theo cách này, để tắt dòng điện hum trước khi nó vào mạch tín hiệu. Các tụ điện hoạt động như một nguồn dự trữ cục bộ cho nguồn điện DC và bỏ qua dòng điện xoay chiều khỏi nguồn điện. Điều này được sử dụng trong các ứng dụng âm thanh xe hơi, khi một tụ điện cứng bù cho độ tự cảm và điện trở của dây dẫn đối với ắc quy axit chì.
Hiệu chỉnh hệ số công suất
Trong phân phối điện, tụ điện được sử dụng để hiệu chỉnh hệ
số công suất. Các tụ điện như vậy thường có ba tụ điện được kết nối như một tải
điện ba pha. Thông thường, các giá trị của các tụ điện này không được đưa ra
trong các farad mà là công suất phản kháng trong volt-amperes phản ứng (VAr). Mục
đích là để chống lại tải cảm ứng từ các thiết bị như động cơ cảm ứng, động cơ
điện và đường truyền để làm cho tải có vẻ chủ yếu là điện trở. Tải động cơ hoặc
đèn riêng lẻ có thể có tụ điện để hiệu chỉnh hệ số công suất, hoặc bộ tụ lớn
hơn (thường có thiết bị chuyển mạch tự động) có thể được lắp đặt tại một trung
tâm phụ tải trong tòa nhà hoặc trong một trạm biến áp điện lớn. Trong các hệ thống
truyền tải điện cao áp trực tiếp
Ức chế và khớp nối
Khớp tín hiệu
Bởi vì các tụ điện vượt qua AC nhưng chặn tín hiệu DC (khi
được sạc tới điện áp DC được áp dụng), chúng thường được sử dụng để tách các
thành phần AC và DC của tín hiệu. Phương pháp này được gọi là khớp nối AC hoặc
"khớp nối điện dung". Ở đây, một giá trị lớn của điện dung, có giá trị
không cần phải được kiểm soát chính xác, nhưng điện trở suấtnhỏ ở tần số tín hiệu,
được sử dụng.
Tách
Một tụ điện tách rời là một tụ điện được sử dụng để tách một phần của mạch từ một phần khác. Nhiễu do các phần tử mạch khác gây ra được truyền qua tụ điện, làm giảm ảnh hưởng của chúng đến phần còn lại của mạch. Nó được sử dụng phổ biến nhất giữa nguồn cung cấp điện và mặt đất. Một tên khác là bypass tụ điện vì nó được sử dụng để bỏ qua nguồn điện hoặc thành phần trở kháng cao khác của mạch.
Bộ lọc tiếng ồn và snubbers
Tụ điện snubber nặng với các thiết bị đầu cuối vít
Khi một mạch cảm ứng được mở, dòng điện qua cuộn cảm sẽ sụp
đổ nhanh chóng, tạo ra một điện áp lớn trên mạch mở của công tắc hoặc rơle. Nếu
độ tự cảm đủ lớn, năng lượng sẽ tạo ra tia lửa điện , làm cho các điểm tiếp xúc
bị oxy hóa, suy giảm hoặc đôi khi hàn lại với nhau hoặc phá hủy một công tắc trạng
thái rắn. Một tụ điện snubber trên mạch mới mở tạo ra một con đường cho xung
này để vượt qua các điểm tiếp xúc, do đó bảo vệ cuộc sống của họ; này đã được
phổ biến được tìm thấy trong máy cắt liên lạc hệ thống đánh lửa , ví dụ. Tương
tự, trong các mạch quy mô nhỏ hơn, tia lửa có thể không đủ để làm hỏng công tắc
nhưng vẫn sẽ tỏa ra không mong muốnnhiễu tần số vô tuyến(RFI), mà một tụ lọc hấp
thụ. Các tụ điện snubber thường được sử dụng với một điện trở có giá trị thấp nối
tiếp, để tiêu tán năng lượng và giảm thiểu RFI. Sự kết hợp điện trở-tụ điện như
vậy có sẵn trong một gói duy nhất.
Các tụ điện cũng được sử dụng song song với các đơn vị ngắt
của bộ ngắt mạch điện áp cao để phân phối điện áp giữa các đơn vị này. Trong
trường hợp này, chúng được gọi là tụ điện phân loại.
Trong sơ đồ nguyên lý, một tụ điện được sử dụng chủ yếu để
lưu trữ điện tích DC thường được vẽ theo chiều dọc trong các sơ đồ mạch với bản
thấp hơn, âm hơn, được vẽ dưới dạng một vòng cung. Tấm thẳng cho biết cực dương
của thiết bị, nếu nó bị phân cực (xem tụ điện điện phân ).
Khởi động động cơ
Một tụ điện khởi động động cơ điển hình, có thể được nhìn thấy bởi màu đen của nó và có thể định hình
Trong động cơ lồng sóc một pha , cuộn dây sơ cấp trong vỏ động cơ không có khả năng bắt đầu chuyển động quay trên rôto, nhưng có khả năng duy trì một. Để khởi động động cơ, một cuộn dây thứ cấp được sử dụng nối tiếp với một tụ điện khởi động không phân cực để giới thiệu một độ trễ trong dòng điện hình sin qua cuộn dây bắt đầu. Khi cuộn dây thứ cấp được đặt ở một góc so với cuộn dây sơ cấp, một điện trường quay được tạo ra. Lực của trường quay không phải là hằng số, nhưng đủ để bắt đầu quay rôto. Khi rôto đến gần tốc độ vận hành, một công tắc ly tâm (hoặc rơle nhạy với dòng điện nối tiếp với cuộn dây chính) ngắt kết nối tụ điện. Các tụ điện khởi động thường được gắn vào bên của vỏ động cơ. Chúng được gọi là động cơ khởi động tụ điện, và có mô-men xoắn khởi động tương đối cao.
Ngoài ra còn có các động cơ cảm ứng chạy tụ điện có một tụ điện chuyển pha kết nối vĩnh viễn nối tiếp với cuộn dây thứ hai. Động cơ giống như một động cơ cảm ứng hai pha.
Tụ điện khởi động động cơ thường là loại điện phân không phân cực, trong khi tụ điện chạy là loại điện môi giấy hoặc màng nhựa thông thường .
Mạch điều chỉnh
Tụ điều chỉnh khe hở không khí
Tụ điện và cuộn cảm được áp dụng cùng nhau trong các mạch điều chỉnh để chọn thông tin trong các dải tần số cụ thể. Ví dụ, máy thu radio dựa vào các tụ điện biến đổi để điều chỉnh tần số trạm. Loa sử dụng chéo chéo thụ động , và bộ cân bằng analog sử dụng tụ điện để chọn các dải âm thanh khác nhau.
Cảm biến
Hầu hết các tụ điện được thiết kế để duy trì một cấu trúc vật lý cố định. Tuy nhiên, các yếu tố khác nhau có thể thay đổi cấu trúc của tụ điện; sự thay đổi kết quả trong điện dung có thể được sử dụng để cảm nhận các yếu tố đó.
Thay đổi điện môi
Các tác động của việc thay đổi các đặc tính của điện môi cũng có thể được sử dụng để cảm biến và đo lường. Các tụ điện với một chất điện môi tiếp xúc và xốp có thể được sử dụng để đo độ ẩm trong không khí. Tụ điện được sử dụng để đo chính xác mức nhiên liệu trong máy bay ; khi nhiên liệu bao phủ nhiều hơn một cặp, điện dung mạch tăng.
Thay đổi khoảng cách giữa các tấm
Một tụ điện với một tấm linh hoạt có thể được sử dụng để đo sức căng hoặc áp suất hoặc trọng lượng .
Máy phát áp lực công nghiệp được sử dụng để điều khiển quá trình sử dụng màng cảm ứng áp suất, tạo thành một tấm tụ điện của mạch dao động. Tụ điện được sử dụng làm cảm biến trong micro ngưng tụ , trong đó một tấm được di chuyển bằng áp suất không khí, liên quan đến vị trí cố định của tấm kia. Một số gia tốc kế sử dụng tụ điện của hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) được khắc trên chip để đo độ lớn và hướng của vectơ gia tốc. Chúng được sử dụng để phát hiện những thay đổi về gia tốc, ví dụ như cảm biến độ nghiêng hoặc để phát hiện rơi tự do, khi cảm biến kích hoạt triển khai túi khí và trong nhiều ứng dụng khác. Một số cảm biến vân tay sử dụng tụ điện.
Thay đổi khu vực hiệu quả của các tấm
Công tắc cảm ứng điện dung hiện đang được sử dụng trên nhiều sản phẩm điện tử tiêu dùng.
Dao động
Ví dụ về một bộ dao động đơn giản đòi hỏi một tụ điện để hoạt động
Một tụ điện có thể sở hữu phẩm chất giống như lò xo trong mạch dao động. Trong ví dụ hình ảnh, một tụ điện có tác dụng ảnh hưởng đến điện áp phân cực ở gốc của bóng bán dẫn npn. Các giá trị điện trở của điện trở chia điện áp và giá trị điện dung của tụ điện cùng nhau điều khiển tần số dao động.
Nguy hiểm và an toàn
Các tụ điện có thể giữ lại một điện tích lâu sau khi rút điện khỏi mạch; khoản phí này có thể gây ra những cú sốc nguy hiểm hoặc thậm chí có thể gây tử vong hoặc làm hỏng thiết bị được kết nối. Ví dụ, ngay cả một thiết bị có vẻ vô hại như đèn flash máy ảnh dùng một lần được cung cấp bởi pin 1,5 volt AA có chứa một tụ điện có thể được sạc tới hơn 300 volt. Điều này dễ dàng có khả năng cung cấp một cú sốc. Quy trình dịch vụ cho các thiết bị điện tử thường bao gồm các hướng dẫn để xả tụ điện lớn hoặc cao áp. Các tụ điện cũng có thể có các điện trở phóng điện tích hợp để tiêu tán năng lượng lưu trữ đến mức an toàn trong vòng vài giây sau khi rút điện. Các tụ điện cao áp được lưu trữ với các cực ngắn, vì bảo vệ khỏi điện áp nguy hiểm tiềm tàng do sự hấp thụ điện môi.
Một số tụ điện cũ chứa đầy dầu chứa biphenyls polychlorin hóa (PCB). Được biết, PCB thải có thể rò rỉ vào nước ngầm dưới các bãi chôn lấp. Các tụ điện có chứa PCB được dán nhãn là có chứa "Askarel" và một số tên thương mại khác. Các tụ điện chứa đầy PCB được tìm thấy trong các chấn lưu đèn huỳnh quang rất cũ (trước năm 1975) và các ứng dụng khác.
Các tụ điện cao áp có thể bị hỏng một cách thảm khốc khi phải chịu điện áp hoặc dòng điện vượt quá định mức của chúng, hoặc khi chúng đạt đến cuối đời bình thường. Sự thất bại liên kết điện môi hoặc kim loại có thể tạo ra các vũ khí làm bay hơi chất lỏng điện môi, dẫn đến trường hợp bị phồng, vỡ hoặc thậm chí là một vụ nổ. Các tụ điện được sử dụng trong RF hoặc các ứng dụng dòng cao duy trì có thể bị quá nóng, đặc biệt là ở trung tâm của cuộn tụ điện. Các tụ điện được sử dụng trong các ngân hàng tụ điện năng lượng cao có thể phát nổ dữ dội khi một tụ điện ngắn trong một tụ điện gây ra sự đổ năng lượng đột ngột được lưu trữ trong phần còn lại của ngân hàng vào bộ phận hỏng. Tụ điện chân không điện áp cao có thể tạo ra tia X mềm ngay cả trong khi hoạt động bình thường. Ngăn chặn, nung chảy đúng cách và bảo trì phòng ngừa có thể giúp giảm thiểu các mối nguy này.
Các tụ điện cao áp có thể được hưởng lợi từ một lần sạc trước để hạn chế dòng điện vội vàng khi cấp nguồn cho mạch điện áp cao trực tiếp (HVDC). Điều này sẽ kéo dài tuổi thọ của linh kiện và có thể giảm thiểu các nguy cơ điện áp cao.
Comments
Post a Comment