Mô phỏng dòng điên qua Tụ điện

  Mô phỏng quá trình nạp xả dòng điện một chiều qua Tụ điện

 

1./.  Điểm giống và khác nhau giữa Tụ điện và Cuộn cảm
Khác với Cuộn cảm là sau khi được cấp điện và ngắt điện thì cho dù mạch ngoài của Cuộn cảm có kín mạch hay không thì dòng điện qua Cuộn cảm cũng tự mất nhưng đối với Tụ điện thì sau khi được nạp điện và ngắt điện thì nếu mạch ngoài bị hở mạch thì điện áp vẫn lưu được trên Tụ điện rất lâu và nếu nối kín mạch ngoài của Tụ điện thì nó sẽ vẫn xả điện và tạo ra dòng điện chạy qua mạch như được mô phỏng trên đây.
Theo sự mô phỏng nói trên, lúc đầu mới đóng điện thì dòng điện chạy qua mạch đạt cực đại nhưng sẽ giảm dần và tắt hẳn làm cho đèn Led màu đỏ lúc đầu mới đóng điện sẽ sáng rất khỏe rồi yếu dần và tắt hẳn mặc dù vẫn đóng điện cấp cho Tụ điện. Sau đó, Tụ điện được ngắt khỏi nguồn điện và nối tắt mạch thì dòng điện bắt đầu phóng ra ngoài và làm cho Led xanh sáng.
Hai đèn Led được mắc ngược chiều nhau để xác định chiều của dòng điện phóng nạp qua tụ điện: Led đỏ báo dòng nạp đi vào Tụ điện và Led xanh báo dòng điện được xả ra từ Tụ điện....

Hình bên trái mô tả mạch nạp điện từ Battery vào Tụ điện thông qua một Điện trở, hình giữa mô tả cho thấy ngay khi bắt đầu cấp điện thì dòng nạp vào Tụ điện đạt cực đại (Charging Current) nhưng sau đó giảm dần (là đường đứt nét). Ngược lại Điện tích trên Tụ điện tăng dần đồng nghĩa với Điện áp trên Tụ điện tăng dần (đường liền nét). Hình bên phải mô tả sự phân bố Điện tích bên trong Tụ điện trên hai bản cực của Tụ điện...

Một điểm khác nhau cơ bản giữa Tụ điện và Cuộn cảm nữa là Dòng điện chỉ chạy qua trong mạch ngoài của Tụ nhưng không chạy xuyên qua Tụ điện trong lúc Dòng điện chạy xuyên qua Cuộn cảm và chạy qua mạch ngoài của Cuộn cảm. Dòng điện 'chạy qua' Tụ điện được gọi là Dòng điện dịch: Sở dĩ nó tạo ra Dòng điện này để chạy qua mạch ngoài của Tụ điện là vì có sự phóng nạp Điện tích giữa hai bản cực của Tụ điện...

Dòng điện nạp xả cũng sẽ sinh ra lực điện làm cho hai Bản cực của Tụ bị hút sát vào nhau hoặc tạo ra sự chuyển động mạnh của các Điện tích bên trong Tụ điện... nếu Tụ càng lớn và điện áp càng cao thì Lực này cũng sẽ tác động rất mạnh và rất nguy hiểm nhất là đối với các Tụ điện cao thế.

2./.  Tác động đối với Dòng điện Xung vuông
Đối với Dòng điện một chiều thì Tụ điện chỉ nạp điện trong thời điểm ban đầu khi mới cấp điện nên sẽ tạo ra dòng điện chạy qua mạch (làm đèn Led màu đỏ sáng lên như mô phỏng ở trên) nhưng sau khi Tụ đã tích đầy thì dòng điện sẽ bằng 0 (làm đèn Led màu đỏ tắt như đã được mô phỏng ở hình trên).

Đối với Dòng xoay chiều hoặc các Xung dao động thì nó sẽ tạo ra dòng đi qua mạch càng lớn nếu Tần số Dòng điện càng lớn.
Hình bên đây mô tả cho  thấy các Xung vuông đi qua một Mạch gồm Tụ điện C và Điện trở R.
Điện áp ra trên R sẽ phụ thuộc vào tích số R x C sao cho:

Nếu RC >> T = 1/f (nghĩa là RC lớn hơn rất nhiều so với Chu kỳ T và T bằng nghịch đảo của Tần số f của Xung vuông) thì Điện áp ra trên Điện trở R cũng có dạng Xung vuông và gần bằng Điện áp vào Input.

Nếu tích số R x C = T = 1/f thì dòng điện trên Điện trở R sẽ bị biến dạng thành dạng hình răng cưa và Điện áp ra trên Điện trở R vì thế cũng sẽ bé hơn so với Điện áp vào (xấp xỉ 0,707 lần Điện áp vào Input).
Đồng thời Phase của Điện áp ra trên Điện trở sẽ chậm hơn trường hợp RC >> T

Nếu RC << 1/f thì Dòng diện ra trên Điện trở R sẽ bị biến dạng thê thảm vì chỉ còn là những Xung rất ngắn và nhọn... Đồng thời Phase Điện áp ra trên Điện trở sẽ chậm hơn so với RC = T...

Đối với dòng Xoay chiều hoặc Dòng điện Xung (Dòng điện mạch động) thì Dòng điện đi qua Tụ điện sớm phase hơn so với Điện áp 90 độ nếu bỏ qua ảnh hưởng của Điện trở trong mạch ngược lại với Cuộn cảm là Dòng điện qua Cuộn cảm chậm phase hơn so với Điện áp 90 độ nghĩa là Dòng qua Cuộn cảm sẽ chậm phase hơn Dòng điện qua Tụ điện 180 độ nếu Cuộn cảm và tụ điện cùng mắc song song.

Xem thêm: Mô phỏng tác động của Tụ điện đối với Tần số dòng điện
Xem thêm: Mô phỏng lệch Phase giữa Cường độ dòng điện và Điện áp qua Tụ điện

 

Tác giả bài viết: Dr Trần Phúc Ánh

Lưu ý: Các bài viết trên in lại các trang web hoặc các nguồn phương tiện truyền thông khác không xác định nguồn http://tri-heros.net là vi phạm bản quyền

• Xem phản hồi
• -- Gửi phản hồi