Đề cương:
Cách để Tính kích thước của tụ điện
- Phương pháp truyền thống
- Phương pháp nhân bảng
- Phương trình năng lượng khởi động Phương pháp
- Phương trình điện dung
Cách để Tính kích thước của tụ điện
Xác định xếp hạng của các thành phần là quan trọng trong khi thiết kế mạch vì để có được đầu ra mong muốn của mạch thì cần phải có các thành phần có xếp hạng phù hợp. Tương tự, để sử dụng tụ điện trong mạch điện, chúng ta thường tìm tụ điện có điện dung phù hợp hay nói cách khác là nói đến kích thước của tụ điện. Vì vậy, có nhiều cách khác nhau để đo kích thước của tụ điện và những cách đó là:
- Sử dụng phương pháp truyền thống
- Sử dụng phương pháp nhân bảng
- Sử dụng phương trình năng lượng khởi động
- Sử dụng phương trình điện dung
Cách 1: Sử dụng phương pháp truyền thống
Thông thường, kích thước của tụ điện chủ yếu phụ thuộc vào giá trị điện dung cần thiết trong mạch. Phương pháp truyền thống này chủ yếu được sử dụng khi cần cải thiện hệ số công suất và cần giá trị trên KVAR. Trong phương pháp này, tiếp tuyến chênh lệch của cả hai góc của hệ số công suất được tính toán rồi nhân với công suất định mức của thiết bị.
Vì vậy, để minh họa phương pháp này, hãy xem xét một động cơ ba pha có công suất định mức 5 KW, hệ số công suất ban đầu là 0,75 độ trễ và hệ số công suất là 0,9. Vì vậy, chúng ta phải tìm giá trị điện dung hoặc kích thước của tụ điện tính bằng KVAR để có thể tăng hệ số công suất lên 0,9. Đây là phương trình cho hệ số công suất:
Bây giờ chúng ta đã biết hệ số công suất ban đầu và hệ số công suất cần thiết, chúng ta có thể tính góc cho cả hai hệ số bằng phương trình trên:
Bây giờ góc cho hệ số công suất ban đầu là 41,1 độ trong khi góc yêu cầu là 25,8 độ, vì vậy tiếp theo hãy đặt các giá trị vào phương trình dưới đây:
Đây là tổng điện dung cần thiết để cải thiện hệ số công suất của động cơ ba pha, do đó để tính điện dung cần thiết cho mỗi pha chia giá trị này cho ba:
Thông thường chúng ta có điện dung tính bằng farad nên để chuyển đổi nó thành Farad, chúng ta có thể sử dụng phương trình sau nhưng để làm được điều đó, cần biết tần số và điện áp:
Vì vậy, bây giờ nếu tần số là 50 Hz và điện áp là 400 volt thì điện dung cần thiết sẽ là:
Vì vậy, bây giờ chúng tôi đã tính toán kích thước của tụ điện và theo các thông số đã cho, cần có tụ điện 13 microfarad để cải thiện hệ số công suất.
Hơn nữa, để chuyển đổi điện dung theo đơn vị farad từ KVAR, bạn hãy sử dụng công thức điện dung sau khi tìm ra điện dung hiện tại và điện dung bằng định luật Ohms. Vì vậy, để minh họa, tôi đang sử dụng ví dụ tương tự trước đó nên bây giờ trước tiên hãy tính dòng điện:
Bây giờ sử dụng định luật Ohm để tính điện kháng:
Bây giờ sử dụng phản ứng điện dung để tìm điện dung của tụ điện:
Bây giờ, như bạn có thể thấy từ cả hai phương pháp, giá trị của điện dung là như nhau nên bạn có thể sử dụng bất kỳ phương pháp nào để chuyển đổi điện dung trong KVAR thành farad.
Ví dụ: Tính công suất của điện dung tính bằng KVAR và microfarad
Một động cơ một pha có nguồn điện áp 500 Vôn ở tần số 60 Hz có hệ số công suất 0,85 trễ với dòng điện 50 A. Cần phải cải thiện hệ số công suất lên 0,94 bằng cách mắc song song các tụ điện với nó . Tìm kích thước tụ điện bằng cách tính điện dung cần thiết.
Đầu tiên, tính các góc cho cả hai hệ số công suất bằng phương trình hệ số công suất:
Bây giờ để tính điện dung cần thiết, chúng ta cần công suất định mức của động cơ có thể được tính bằng công thức công suất:
Bây giờ hãy tính điện dung theo KVAR bằng cách lấy tiếp tuyến của hiệu các thiên thần và nhân kết quả với công suất của động cơ:
Thông thường chúng ta có điện dung tính bằng farad nên để chuyển đổi nó thành Farad, chúng ta có thể sử dụng phương trình sau nhưng để làm được điều đó, cần biết tần số và điện áp:
Vì vậy, bây giờ chúng tôi đã tính toán kích thước của tụ điện và theo các thông số đã cho, cần có tụ điện 52 microfarad để cải thiện hệ số công suất.
Phương pháp 2: Sử dụng phương pháp nhân bảng
Bảng hệ số nhân là tập hợp các giá trị khác nhau được đặt tên là hệ số nhân mà nhờ đó có thể đạt được hệ số công suất yêu cầu. Để tìm công suất yêu cầu của tụ điện, bảng này được sử dụng để chọn hệ số nhân đối với hệ số công suất ban đầu và hệ số công suất mục tiêu. Vì vậy, để tính công suất tụ trên KVAR chỉ cần nhân công suất và hệ số nhân:
Vì vậy, đây là bảng hiển thị hệ số nhân cho các hệ số công suất khác nhau:
Hơn nữa, nếu bạn cần tìm hệ số nhân thì bạn có thể sử dụng công thức trên như:
Ví dụ: Tính công suất tụ điện theo KVAR và Farad
Hãy xem xét một tải lấy công suất 1KW từ nguồn điện xoay chiều có điện áp 208 Volts trên tần số 50 Hz. Hiện tại, hệ số công suất đang ở độ trễ 70 phần trăm và để cải thiện nó lên mức dẫn đầu 91 phần trăm, cần phải mắc song song một tụ điện. Tìm kích thước tụ điện tính bằng microfarad.
Hệ số công suất ban đầu là 0,7 và hệ số yêu cầu là 0,91 nên sử dụng bảng trên, chúng ta có thể thấy rằng hệ số nhân cho 0,97 là 0,741 nên bây giờ đặt các giá trị:
Bây giờ chỉ cần chuyển đổi VAR thành farad bằng phương trình dưới đây:
Như vậy bây giờ chúng ta đã tính được kích thước của tụ điện và theo các thông số đã cho cần một tụ điện có giá trị 0,053 farad để cải thiện hệ số công suất.
Phương pháp 3: Sử dụng phương trình năng lượng khởi động
Năng lượng khởi động của tụ điện là năng lượng được tích trữ trong tụ điện khi nó được sạc từ 0 đến đầy. Phương pháp này khả thi khi bạn đã có sẵn năng lượng khởi động và hiệu điện thế giữa bản tụ điện. Thông thường các tham số này không được đưa ra, nhưng nếu bạn đã tính các tham số này thì hãy sử dụng phương trình dưới đây:
Vì vậy, để tìm công suất tụ điện dựa trên năng lượng khởi động và hiệu điện thế, phương trình trên có thể viết là:
Ví dụ: Tính độ lớn của tụ điện r
Xét một động cơ một pha cần năng lượng khởi động là 17 J và điện áp do nguồn điện xoay chiều cung cấp là 120 Volt, sau đó tìm kích thước tụ điện để bù năng lượng khởi động mà động cơ yêu cầu.
Bây giờ để tìm điện dung cần thiết cho năng lượng khởi động cần thiết, hãy đặt các giá trị vào phương trình thổi:
Vì vậy, bây giờ chúng ta đã tính toán được kích thước của tụ điện và theo các thông số đã cho, cần có tụ điện 0,053 farad để cung cấp năng lượng khởi động cần thiết.
Cách 4: Sử dụng phương trình điện dung
Một tụ điện có hai bản kim loại được ngăn cách bởi bất kỳ vật liệu cách điện nào thường được gọi là chất điện môi. Các tấm này có kích thước nhất định và chất điện môi có giá trị độ thấm, cả hai thông số này đều ảnh hưởng lớn đến điện dung của tụ điện.
Vì vậy, một cách khác để tính kích thước của tụ điện là sử dụng các tham số của nó liên quan đến kích thước và tính chất điện môi. Đây là công thức tính điện dung của tụ điện nếu biết các thông số chiều và thông số chất cách điện:
Bây giờ ở đây A là diện tích của các bản và d là khoảng cách giữa các bản của tụ điện, hơn nữa, ϵ ồ là độ thấm của không gian trống và ϵ r độ thấm tương đối của vật liệu điện môi.
Ví dụ 1: Tìm điện dung của tụ điện
Cho một tụ điện gồm các tấm kim loại có diện tích 500 cm 2 và khoảng cách giữa các tấm là 0,1 mm là độ dày của vật liệu điện môi. Tính điện dung nếu chất điện môi là không khí và nếu chất điện môi là giấy có độ thấm tương đối bằng 4.
Đầu tiên, tìm điện dung khi chất điện môi là không khí:
Bây giờ nếu chất điện môi là giấy có độ thấm tương đối bằng 4 thì điện dung sẽ là:
Ví dụ 2: Tính diện tích các bản tụ điện
Diện tích của các bản tụ điện sẽ là bao nhiêu nếu cần có điện dung 1 microfarad và khoảng cách giữa các bản là 0,1 mm? Coi không khí là chất điện môi như một màng oxit có độ thấm tương đối bằng 10.
Như chúng ta đã biết công thức của điện dung, chúng ta có thể sử dụng nó để tìm diện tích của các bản thực sự sẽ ảnh hưởng đến kích thước của tụ điện.
Như vậy bây giờ ta đã tính được kích thước của các bản tụ và theo thông số đã cho thì diện tích bản tụ là 1,13 m 2 farad là cần thiết cho một tụ điện có điện dung 1 microfarad.
Phần kết luận
Mỗi mạch điện đều yêu cầu bộ linh kiện phù hợp có thông số kỹ thuật tối ưu để mang lại kết quả mong muốn. Vì vậy, để tìm xếp hạng cần thiết của bất kỳ thành phần nào, cần có các thông số nhất định như điện áp, dòng điện, công suất, điện dung, điện trở, v.v.
Trong trường hợp chọn tụ điện có điện dung yêu cầu, điện dung có thể được tính bằng bốn cách, cuối cùng dẫn đến xác định kích thước của tụ điện. Kích thước của tụ điện có thể được tính bằng cách sử dụng phương pháp truyền thống để tìm điện dung tính bằng KVAR, thông qua bảng nhân, thông qua phương trình điện dung và thông qua phương trình năng lượng khởi động.