Sự khác biệt giữa việc sạc và xả tụ điện bằng dòng điện xoay chiều

Các tụ điện có hành vi khác nhau trong mạch AC so với trong mạch DC. Trong mạch AC, các tụ điện có thể được xem như đang liên tục sạc và xả vì điện áp của nguồn cung cấp AC thay đổi theo chu kỳ.

Hành vi của tụ điện trong mạch AC

• Tương đương với mạch ngắn mạch: Trong mạch AC tần số cao, tụ điện hoạt động như một mạch ngắn mạch vì độ kháng (độ phản ứng dung) của nó rất thấp.

• Tương đương với mạch hở: Trong mạch AC tần số thấp, tụ điện có độ phản ứng dung cao hơn và hoạt động như mạch hở.

Quá trình sạc

Hướng dòng điện

Khi tụ điện được kết nối với nguồn cung cấp AC để bắt đầu sạc, trong nửa chu kỳ dương của nguồn cung cấp AC, dòng điện chảy từ cực dương của nguồn cung cấp đến bản cực dương của tụ điện, làm cho bản cực dương của tụ điện tích điện dương và bản cực âm tích điện âm. Trong nửa chu kỳ âm của nguồn cung cấp AC, dòng điện chảy theo hướng ngược lại, chảy ra khỏi bản cực dương của tụ điện và trở về cực âm của nguồn cung cấp, trong khi đó bản cực âm của tụ điện tích điện dương và bản cực dương tích điện âm.

Thời gian sạc

Do điện áp của nguồn cung cấp AC luôn thay đổi, thời gian sạc của tụ điện phụ thuộc vào tần số của nguồn cung cấp AC và giá trị điện dung của tụ điện. Trong một chu kỳ của nguồn cung cấp AC, tụ điện sẽ được sạc ở các thời điểm khác nhau. Khi điện áp nguồn cung cấp tăng, tốc độ sạc của tụ điện nhanh hơn. Khi điện áp nguồn cung cấp giảm, tốc độ sạc của tụ điện chậm lại và có thể thậm chí bắt đầu xả.

Năng lượng sạc

Năng lượng được lưu trữ bởi tụ điện trong quá trình sạc tỷ lệ thuận với bình phương của điện áp nguồn cung cấp và giá trị điện dung của tụ điện. Khi điện áp của nguồn cung cấp AC tăng, năng lượng được lưu trữ bởi tụ điện tăng. Khi điện áp giảm, ít năng lượng được lưu trữ.

Quá trình xả

Hướng dòng điện

Khi tụ điện đã được sạc đầy, nếu ngắt kết nối với nguồn cung cấp AC, tụ điện sẽ xả qua tải. Khi xả, dòng điện chảy ra khỏi bản cực dương của tụ điện và trở về bản cực âm thông qua tải, theo hướng ngược lại so với khi sạc.

Thời gian xả

Thời gian xả của tụ điện phụ thuộc vào giá trị điện dung của tụ điện và giá trị điện trở của tải. τ=RC Theo hằng số thời gian (trong đó R là điện trở tải và C là giá trị điện dung), thời gian xả tỷ lệ thuận với hằng số thời gian. Giá trị điện dung càng lớn và điện trở tải càng lớn, thời gian xả càng dài.

Năng lượng xả

Tụ điện giải phóng năng lượng đã lưu trữ trong quá trình xả, và khi xả tiếp diễn, điện áp ở hai đầu tụ điện dần giảm, dòng điện xả cũng dần giảm, và năng lượng giải phóng ngày càng ít đi.

Sự phân biệt tổng thể

Thay đổi hướng

Khi sạc, hướng dòng điện thay đổi theo chu kỳ cùng với sự thay đổi của nguồn cung cấp AC, trong khi khi xả, hướng dòng điện chảy từ tụ điện đến tải, và hướng này tương đối cố định.

Đặc tính thời gian

Thời gian sạc phụ thuộc vào tần số của nguồn cung cấp AC và đặc tính của tụ điện, trong khi thời gian xả phụ thuộc vào các tham số của tụ điện và tải.

Thay đổi năng lượng

Tụ điện lưu trữ năng lượng khi sạc, và năng lượng thay đổi theo điện áp nguồn cung cấp; Khi xả, tụ điện giải phóng năng lượng, và năng lượng này dần giảm.