Tụ điện là một thành phần thụ động thiết yếu của mạch điện vì chúng có nhiều ứng dụng. Hơn nữa, việc lựa chọn loại tụ điện phù hợp cho mạch điện là cần thiết vì tụ điện được chia thành nhiều loại khác nhau dựa trên cấu trúc và thành phần của chúng. Tụ điện màng là một trong những loại tụ điện có thời hạn sử dụng lâu, độ tự cảm thấp, có thể hấp thụ các xung điện trong mạch mà không bị hỏng.
Đề cương:
Tụ phim là gì
Cấu tạo và hoạt động của tụ điện màng
Các loại tụ điện màng
Tính năng tự phục hồi của tụ điện màng
Mạch snubber
Bộ lọc nguồn
Bộ lọc EMI
Phần kết luận
Tụ phim là gì
Tụ điện màng là tụ điện có một màng nhựa làm chất biện chứng giữa các bản của nó, điều này làm cho nó rẻ hơn và giữ được các đặc tính của nó không đổi trong thời gian dài hơn. Màng nhựa này khá mỏng vì nó có độ dày một micromet. Tụ điện này thuộc loại tụ điện không phân cực và điều này làm cho nó khá hữu ích trong các mạch điện xoay chiều. Các tụ điện màng có thể chịu được quá điện áp gấp đôi công suất điện áp định mức của chúng.
Cấu tạo và hoạt động của tụ điện màng
Có nhiều loại màng nhựa khác nhau được sử dụng trong tụ điện màng có các đặc tính khác nhau, ví dụ màng polypropylen mang lại điện trở cách điện cao hơn và phù hợp với các mạch có dòng điện cao hơn. Hơn nữa, polypropylene sulfide có khả năng chịu nhiệt cao và đặc tính chịu nhiệt tốt nhưng đắt tiền. Vì vậy, đây là các loại màng với đặc tính của chúng được sử dụng làm chất điện môi trong tụ điện màng:
Loại tụ điện màng
Hiện nay dựa trên chất liệu màng điện môi của tụ màng, các đặc tính của nó thay đổi rất nhiều nên đây là bảng hiển thị các đặc tính của tụ màng dựa trên các loại vật liệu cách điện khác nhau:
Để minh họa rõ hơn về cấu tạo của tụ điện, có hai loại tụ điện màng, một loại là tụ điện màng lá và loại còn lại là tụ điện kim loại hoặc tụ điện lắng đọng hơi:
Tụ điện màng lá
Loại tụ điện này có các điện cực được làm từ lá kim loại và được kẹp giữa các lá nhựa của chất điện môi. Đây là các tụ điện màng dạng vết thương có thể mang tính cảm ứng hoặc không cảm ứng và sự khác biệt giữa hai loại này là tụ điện màng lá cảm ứng mục tiêu có các cực được nối trực tiếp với các điện cực trước khi cuộn dây. Trong khi đó, tụ điện màng lá không cảm ứng có các cực được nối với các mặt cuối.
Tụ điện màng điện cực lá không cảm ứng có độ tự cảm thấp hơn và có đặc tính tần số cao so với tụ điện cảm ứng. Trong tụ điện màng lá cảm ứng, các lá kim loại được đặt giữa hai màng nhựa và không được nối trực tiếp:
Trong khi ở tụ điện màng lá không cảm điện, các lá kim loại được đặt sao cho mỗi lá được đặt cách màng nhựa của chất điện môi một độ nhất định:
Tụ điện màng kim loại
Một loại tụ điện màng khác là tụ điện màng kim loại, vì nó có một lớp kim loại mỏng được phun lên một mặt của màng nhựa điện môi. Lớp kim loại lắng đọng này trên màng nhựa tạo ra một điện cực của tụ điện khá mỏng nên nhỏ hơn rất nhiều so với tụ điện dạng màng điện cực. Các tụ điện này chỉ là loại không cảm ứng nhưng có thể là loại quấn hoặc loại nhiều lớp:
Tụ điện màng hoạt động giống như tụ điện thông thường, đó là khi nguồn điện được kết nối với nó, điện thế giữa hai điện cực bắt đầu hình thành. Khi điện tích trên cả hai bản được tích lũy đến mức tối đa thì tụ điện đã được sạc đầy. Hơn nữa, các tụ điện màng này còn có tính năng tự phục hồi giúp tăng thời hạn sử dụng của chúng.
Tính năng tự phục hồi của tụ điện màng
Bất cứ khi nào lớp cách điện bị khử kim loại do dòng điện cao, nhiệt độ cao hoặc bất kỳ quá điện áp nào, tụ điện màng sẽ oxy hóa lớp màng lắng đọng xung quanh. Điều này tách phần còn lại của vùng công suất khỏi vùng bị lỗi và do đó tiếp tục hoạt động bình thường:
Tuy nhiên, việc cách ly vùng sự cố với phần còn lại của tụ điện cũng có thể làm giảm điện dung của tụ điện theo thời gian. Hơn nữa, có một bảng dưới đây cho thấy sự suy giảm điện dung của tụ điện theo thời gian do quá trình oxy hóa:
Ở đây, trong bảng phía trên, biểu đồ màu xanh lam cho thấy điện dung không có khả năng tự phục hồi vì sự xuống cấp có thể cực kỳ cao dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng. Nếu các điện cực được sử dụng cùng với cầu chì trong thành phần của tụ điện dạng màng thì đường cong suy giảm sẽ là đường cong có màu xanh lục.
Nếu cầu chì được kết nối không đúng cách với tế bào sơ cấp có thể dẫn đến hỏng tụ điện dẫn đến mất điện dung nhanh chóng. Đường cong màu nâu dành cho tụ điện màng công suất cao có các điện cực được phân đoạn thích hợp có mật độ cao hơn đáng kể do ngâm tẩm dầu nguyên chất.
Các loại tụ điện màng này được thiết kế sao cho chúng không bị mất quá 2% điện dung ban đầu khi làm việc ở điện áp và giá trị dòng điện định mức. Đây là lý do tại sao các tụ điện màng này có xu hướng có tuổi thọ cao hơn các loại tụ điện khác và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện xoay chiều.
Tụ điện màng trong mạch Snubber
Mạch điện thường phải đối mặt với dòng điện và điện áp tăng vọt do tốc độ thay đổi điện áp cao hơn và để giải quyết những vấn đề như vậy, người ta sử dụng mạch giảm âm. Chủ yếu các mạch snubber có tụ điện dạng màng để giảm nhiễu điện từ và ứng suất bán dẫn. Tụ điện màng có thể chịu được tốc độ thay đổi điện áp cao hơn, điều này có thể khiến dòng điện cao hơn đi qua nó. Vì vậy, màng nhựa điện môi polypropylene trong tụ điện sẽ rất phù hợp vì nó có khả năng chịu được điện áp và dòng điện tăng đột biến do có điện trở và điện cảm nối tiếp tương đương thấp:
Khi MOSFET ở trạng thái tắt, tụ điện sẽ sạc qua điện trở R 1 và khi MOSFET ở trạng thái bật, tụ điện sẽ phóng điện qua điện trở và đất.
Tụ phim làm bộ lọc điện
Để lọc tín hiệu trong bộ biến tần và động cơ, các tụ điện ở đầu ra truyền dòng điện gợn sóng cao để giảm mức độ thay đổi điện áp. Điều này cuối cùng làm giảm ứng suất và ứng suất điện từ trong hệ thống. Việc triển khai thực tế các tụ điện màng làm bộ lọc nguồn được đưa ra dưới đây trong mạch:
Khi nguồn điện xoay chiều được kết nối, các tụ điện phải không bị phân cực, ngoại trừ việc sử dụng các tụ điện điện phân bằng nhôm.
Tụ điện màng làm bộ lọc EMI
Để lọc nhiễu điện từ cho các mạch, tụ điện màng kim loại được sử dụng do chế độ lỗi mạch hở và khả năng xử lý điện áp cao. Có hai loại tụ điện khi được kết nối trong mạch điện dựa trên công dụng của chúng. Những cái có nhãn X là các tụ điện được kết nối đường dây này với đường dây khác thường được đặt tên là tụ điện đường dây đến trung tính và được sử dụng để lọc EMI vi sai.
Trong khi đó, các tụ điện nối dây nối đất được phân loại là Y và thường được đặt tên là tụ điện nối dây. Các tụ điện này bỏ qua dây dẫn xuống đất được gọi là chế độ lọc EMI thông thường. Vì các tụ điện này có thể bị hỏng nên có các chế độ đặc biệt trong trường hợp hỏng hóc, đó là khi tụ điện X bị hỏng, nó sẽ tạo ra đoản mạch dẫn đến ngắt cầu dao. Hơn nữa, nếu tụ Y bị hỏng thì sẽ tạo ra mạch hở giúp giảm thiểu nguy cơ bị điện giật.
Hơn nữa, trong trường hợp hỏng tụ X sẽ dẫn đến tắt hệ thống và trong trường hợp hỏng tụ Y, hệ thống sẽ tiếp tục chạy nhưng khả năng lọc EMI sẽ bị giảm. Dưới đây là bảng dưới đây cho thấy xếp hạng an toàn của tụ điện dựa trên kết nối mạch của chúng:
Bây giờ để minh họa rõ hơn việc sử dụng tụ điện màng để lọc EMI, đây là một mạch điện xoay chiều đơn giản của đường dây điện sử dụng tụ điện làm bộ lọc EMI:
Độ tự cảm thấp của tụ màng mang lại lợi thế vì nó giữ độ cộng hưởng của tụ ở mức cao. Ở đây tụ X được kết nối giữa đường dây và dây trung tính trong khi tụ điện Y được kết nối giữa đường dây và mặt đất.
Phần kết luận
Tụ điện màng có tầm quan trọng rất lớn khi nói đến mạch điện do các đặc tính khác nhau của chúng và một trong số đó là đặc tính tự phục hồi. Đặc tính này làm tăng tuổi thọ của tụ điện và cũng ngăn ngừa sự cố của hệ thống.
Hơn nữa, các tụ điện màng này được chia thành các loại: một loại là điện cực lá và loại kia là tụ điện màng kim loại. Tương tự, tụ điện màng cũng khác nhau tùy theo loại vật liệu cách điện cho chất điện môi vì thành phần điện môi ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của tụ điện màng. Tụ điện dạng màng do định mức dòng điện gợn sóng và tính năng tự phục hồi được ưa chuộng hơn các tụ điện điện phân nhôm.