Tụ điện Là Gì ? Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt động | Dienlanhmiennam

Nếu như bạn là người mới bước đầu làm quen với điện lạnh. Chắc hẳn bạn sẽ cũng như tôi ngày trước. Đó là thắc mắc những câu hỏi liên quan đến tụ điện là gì ? Và tụ điện có công dụng như thế nào? Nguyên lý hoạt động của tụ điện ra sao?…

Để hỗ trợ bạn đọc có thêm nhiều kiến thức xoay quanh chủ đề tụ điện. Điện Lạnh Miền Nam, xin mời bạn đọc tham khảo bài viết chi tiết về chủ đề tụ điện qua bài viết sau đây.

Tụ điện là gì?

Tụ điện (tiếng Anh: Capacitor) là một linh kiện điện tử có khả năng tích trữ điện tích (năng lượng điện) trong một điện trường và phóng điện khi cần. Tụ điện xuất hiện rất phổ biến trong mạch điện dân dụng, điện tử và công nghiệp.

Hiểu đơn giản:

• Pin/ắc quy lưu năng lượng theo dạng hóa học
• Tụ điện lưu năng lượng theo dạng điện trường

• Đây là một linh kiện điện tử thụ động rất quan trọng và không thể thiếu trong hầu hết các mạch điện.
• Tụ điện còn được gọi theo tiếng anh là Capacitor và được viết tắt là chữ “C”.
• Có nhiều loại tụ điện khác nhau và nó được phân loại dựa trên cấu tạo của tụ điện.

Quy ước

• Đơn vị của tụ điện là Fara. Cách quy đổi 1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara

Tụ điện dùng để làm gì?

Tụ điện có nhiều chức năng, tùy loại mạch:

• Lọc nguồn (lọc nhiễu, làm phẳng điện áp) trong bộ nguồn, mạch điện tử
• Tạo trễ thời gian (mạch RC)
• Ghép tín hiệu / tách DC trong mạch khuếch đại
• Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện (tụ bù)
• Khởi động và hỗ trợ chạy động cơ 1 pha (tụ đề/ tụ ngậm)
• Chống sụt áp tức thời, ổn định điện áp trong thiết bị công nghiệp

Cấu tạo của tụ điện

Một tụ điện cơ bản gồm:

• Hai bản cực (bản dẫn điện): thường là kim loại
• Lớp điện môi (dielectric) nằm giữa hai bản cực: giấy, gốm, mica, polymer, oxide nhôm,…
• Vỏ bảo vệ và chân/đầu nối

Nguyên tắc: lớp điện môi cách điện nhưng vẫn cho phép tích trữ năng lượng trong điện trường.

Tụ điện có gồm hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi. Dây dẫn của tụ điện có thể sử dụng là giấy bạc, màng mỏng,…

Điện môi sử dụng cho tụ điện là những chất mà ở nó không có tính dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí. Các điện môi này không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.

Các loại tụ điện phổ biến

Tụ gốm (Ceramic Capacitor)

• Kích thước nhỏ
• Dùng trong mạch cao tần, chống nhiễu
• Điện dung thường nhỏ (pF → nF → vài µF)

Tụ hóa (Electrolytic Capacitor)

• Điện dung lớn (µF → mF)
• Dùng lọc nguồn, ổn định điện áp
• Có phân cực (+/-) nên không được đấu ngược

Tụ film (Film Capacitor)

• Ổn định, bền, ESR thấp
• Dùng trong mạch AC, inverter, motor, công suất

Tụ tantalum

• Nhỏ gọn, ổn định, dùng trong thiết bị điện tử
• Giá cao hơn tụ hóa thường

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Khi đặt tụ điện vào nguồn điện:

1. Electron tích tụ ở một bản cực → bản này mang điện tích âm
2. Bản cực còn lại thiếu electron → mang điện tích dương
3. Giữa 2 bản cực hình thành điện trường → tụ bắt đầu tích điện

Khi ngắt nguồn và nối tụ với tải:

• Tụ sẽ phóng điện, dòng điện chạy trong mạch trong một khoảng thời gian ngắn (tùy điện dung và tải).

👉 Tụ điện không tạo điện, nó chỉ tích và nhả điện.

Nguyên lý nạp xả này của tụ điện là tính chất đặc trưng của nó và cũng là nguyên lý cơ bản trong nguyên lý làm việc của tụ điện. Và cũng nhờ tính chất này mà tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều.

Mặc khác, nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian khi ta cắm nạp hoặc xả tụ thì nó rất dễ gây ra hiện tượng chập cháy nổ và có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Đây cũng chính là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến.

Thông số quan trọng của tụ điện

Điện dung (Capacitance – C)

• Đơn vị: F (Farad), thường gặp: µF, nF, pF
• Điện dung càng lớn → khả năng tích trữ điện càng nhiều

Điện áp định mức (Rated Voltage)

• Là điện áp tối đa tụ chịu được an toàn
• Dùng sai điện áp có thể gây hỏng tụ, giảm tuổi thọ

Sai số (Tolerance)

• Ví dụ ±5%, ±10%, ±20%…

ESR (Điện trở nối tiếp tương đương)

• ESR thấp thường tốt cho lọc nguồn, mạch xung

Nhiệt độ làm việc

• Tụ điện làm việc ở nhiệt cao sẽ giảm tuổi thọ nhanh

Phân loại tụ điện theo ứng dụng thực tế

Tụ khởi động (tụ đề) – dùng cho động cơ 1 pha

• Hỗ trợ mô-men khởi động
• Thường có trị số µF lớn, dùng trong thời gian ngắn khi đề

Tụ chạy (tụ ngậm)

• Giúp động cơ chạy ổn định, giảm rung, tăng hiệu suất
• Dùng liên tục trong quá trình vận hành (quạt, máy bơm,…)

Tụ bù (tụ bù công suất phản kháng)

• Lắp trong tủ tụ bù để nâng cosφ, giảm tiền điện công suất phản kháng (đối với hệ thống công nghiệp)
• Giúp giảm tổn thất và tăng hiệu quả truyền tải

Tụ điện có công dụng gì?

• Tụ điện là thiết bị được biết đến nhiều nhất với khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả. Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc qui. Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện. Đây cũng là công dụng chính của tụ điện.
• Ngoài ra, công dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng. Đặc biệt khi tần số điện xoay chiều (điện dung của tụ càng lớn) thì dung kháng càng nhỏ. Vì vậy có thể nói đây là trợ thủ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện.
• Thêm nữa đó là, tụ điện hoạt động trên nguyên lý nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều. Cho điện áp xoay chiều lưu thông giúp truyền đi tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch điện thế.
• Một công dụng nữa đó là tụ điện còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm…

Ứng dụng của tụ điện trong điện lạnh – HVAC

Trong ngành điện lạnh, tụ điện xuất hiện rất nhiều, đặc biệt ở thiết bị 1 pha:

• Máy lạnh dân dụng: tụ quạt dàn lạnh, tụ quạt dàn nóng, tụ máy nén (tùy dòng)
• Quạt thông gió, quạt hút
• Máy bơm nước, bơm giải nhiệt
• Hệ thống điều khiển, lọc nguồn bo mạch

👉 Khi tụ yếu/hỏng, thiết bị có thể:

• Quạt quay yếu hoặc không quay
• Máy nén khó khởi động
• Thiết bị nóng bất thường, dễ nhảy bảo vệ

Dấu hiệu tụ điện bị hỏng (dễ gặp ngoài thực tế)

Một số dấu hiệu phổ biến:

• Thiết bị chạy yếu, không đạt công suất
• Quạt/motor kêu ù nhưng không quay
• Máy nén khó đề, chạy một lúc rồi ngắt
• Tụ bị phồng, rò dầu, biến dạng
• Đo điện dung sai lệch lớn so với thông số

Lưu ý: nhiều trường hợp nhìn ngoài không phồng nhưng điện dung đã giảm mạnh.

Lưu ý an toàn khi kiểm tra và thay tụ điện

Luôn ngắt nguồn điện trước khi thao tác

• Tụ có thể còn điện → cần xả tụ đúng cách trước khi đo/đổi

Dùng đúng:

• điện dung (µF)
• điện áp định mức (V)
• đúng loại tụ (tụ đề/tụ ngậm/tụ film…)

Nếu thay sai thông số, thiết bị có thể chạy yếu, nóng, giảm tuổi thọ hoặc hư hỏng nặng hơn.

Câu hỏi thường gặp về tụ điện

Tụ điện có tạo ra điện không?

Không. Tụ chỉ tích điện và phóng điện, không tự tạo ra điện như máy phát.

Tụ điện và pin khác nhau thế nào?

Pin/ắc quy lưu năng lượng dạng hóa học; tụ lưu năng lượng dạng điện trường và xả nhanh.

Tụ điện càng lớn càng tốt?

Không hẳn. Chọn tụ phải đúng thiết kế thiết bị: sai µF có thể làm motor nóng, giảm tuổi thọ.

Kết luận

Tụ điện là linh kiện quan trọng trong cả điện tử lẫn điện công nghiệp và điện lạnh, có nhiệm vụ tích trữ năng lượng, lọc nguồn, hỗ trợ khởi động động cơ và bù công suất phản kháng. Việc hiểu đúng tụ điện, chọn đúng loại và thay đúng thông số sẽ giúp thiết bị vận hành ổn định, tiết kiệm chi phí sửa chữa và tăng tuổi thọ hệ thống.

Đến đây, thì chắc hẳn bạn đọc cũng đã nắm được ít nhiều kiến thức về tụ điện rồi chứ nhỉ. Hy vọng, bài viết này sẽ giúp ích ít nhiều cho bạn đọc cũng như có thêm nhiều thông tin về tụ điện là gì.