Đấu nối song song các tụ điện có công suất khác nhau. Kết nối song song và nối tiếp của tụ điện

Để có được dải điện dung lớn hơn, các tụ điện thường được kết nối với nhau để tạo thành cái gọi là dãy tụ điện. Kết nối có thể song song, nối tiếp hoặc kết hợp (hỗn hợp). Xét trường hợp có hai tụ điện.

Việc kết nối nối tiếp các tụ điện được thể hiện trong hình. 1

Ở đây (Hình 1) bản của một tụ điện, có điện tích âm, được nối với bản dương của tụ điện tiếp theo. Khi mắc nối tiếp, các bản giữa của tụ điện được nhiễm điện nhờ tác dụng nên điện tích của chúng có độ lớn bằng nhau và trái dấu. Điện tích trên các tụ điện này là như nhau. Với kết nối này, sự khác biệt tiềm ẩn sẽ tăng lên:

Trong trường hợp này chúng ta có:

Ta thấy khi ghép các tụ điện nối tiếp thì điện dung đấu nối được tìm thấy là:

Tổng quát hóa công thức (3) cho tụ N, ta thu được:

điện dung của tụ điện thứ i là bao nhiêu.

Việc nối nối tiếp các tụ điện được sử dụng khi, để tránh đánh thủng tụ điện, cần phân bố hiệu điện thế giữa một số tụ điện.

Việc kết nối nối tiếp các tụ điện được thể hiện trong hình. 2

Khi mắc song song thì hiệu điện thế giữa các bản tụ là như nhau. Tổng điện tích của hệ bằng tổng điện tích trên mỗi tụ điện:

Từ những điều trên chúng ta có được:

Với một pin có N tụ mắc song song ta có:

Kết nối song song của tụ điện được sử dụng khi cần tăng điện dung của tụ điện.

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

VÍ DỤ 2

Kết nối nối tiếp đề cập đến trường hợp hai hoặc nhiều phần tử ở dạng chuỗi, trong đó mỗi phần tử được kết nối với phần tử kia chỉ tại một điểm. Tại sao tụ điện được đặt theo cách này? Làm thế nào để làm điều này một cách chính xác? Những gì bạn cần biết? Kết nối nối tiếp của tụ điện có những đặc điểm gì trong thực tế? Công thức kết quả là gì?

Bạn cần biết điều gì để kết nối chính xác?

Than ôi, không phải mọi thứ ở đây đều dễ thực hiện như người ta tưởng. Nhiều người mới bắt đầu nghĩ rằng nếu bản vẽ sơ đồ nói rằng cần có một phần tử gồm 49 microfarad, thì chỉ cần lấy nó và cài đặt nó (hoặc thay thế bằng một phần tử tương đương) là đủ. Nhưng rất khó để lựa chọn các thông số cần thiết ngay cả trong xưởng chuyên nghiệp. Và phải làm gì nếu bạn không có những yếu tố cần thiết? Giả sử có một tình huống như vậy: bạn cần một tụ điện microfarad 100, nhưng có một số tụ điện microfarad 47. Không phải lúc nào cũng có thể lắp đặt được nó. Đi chợ radio mua một tụ điện? Không cần thiết. Nó sẽ đủ để kết nối một vài yếu tố. Có hai phương pháp chính: nối tiếp và song song các tụ điện. Đó là điều đầu tiên chúng ta sẽ nói đến. Nhưng nếu chúng ta nói về mối nối nối tiếp của cuộn dây và tụ điện thì không có vấn đề gì đặc biệt.

tại sao họ lại làm việc này?

Khi thực hiện các thao tác như vậy với chúng, điện tích trên các bản của các phần tử riêng lẻ sẽ bằng nhau: KE = K 1 = K 2 = K 3. KE - điện dung cuối cùng, K - giá trị truyền của tụ điện. Tại sao vậy? Khi các điện tích được cung cấp từ nguồn điện tới các tấm bên ngoài, một giá trị có thể được truyền sang các tấm bên trong, đó là giá trị của phần tử có tham số nhỏ nhất. Nghĩa là, nếu bạn lấy một tụ điện 3 µF và sau khi kết nối nó với 1 µF, thì kết quả cuối cùng sẽ là 1 µF. Tất nhiên, ở lần đầu tiên bạn có thể quan sát giá trị 3 µF. Nhưng phần tử thứ hai sẽ không thể truyền nhiều như vậy và nó sẽ cắt bỏ mọi thứ lớn hơn giá trị yêu cầu, để lại một điện dung lớn trên tụ điện ban đầu. Chúng ta hãy xem những gì cần được tính toán khi kết nối các tụ điện nối tiếp. Công thức:

• OE - tổng công suất;
• N - điện áp;
• KE - công suất cuối cùng.

Bạn cần biết điều gì khác để kết nối tụ điện đúng cách?

Để bắt đầu, đừng quên rằng ngoài công suất, chúng còn có điện áp định mức. Tại sao? Khi thực hiện nối tiếp, điện áp được phân bổ tỷ lệ nghịch với điện dung giữa chúng. Do đó, chỉ nên sử dụng phương pháp này trong trường hợp bất kỳ tụ điện nào cũng có thể cung cấp các thông số vận hành cần thiết tối thiểu. Nếu sử dụng các phần tử có cùng điện dung thì điện áp giữa chúng sẽ được chia đều. Cũng là một lời cảnh báo liên quan đến tụ điện: Khi làm việc với chúng, hãy luôn theo dõi cẩn thận cực tính của chúng. Bởi vì nếu bỏ qua yếu tố này, việc mắc nối tiếp các tụ điện có thể gây ra một số tác dụng không mong muốn. Và thật tốt nếu mọi thứ chỉ giới hạn ở việc phân tích các yếu tố này. Hãy nhớ rằng tụ điện lưu trữ dòng điện và nếu có sự cố xảy ra, tùy thuộc vào mạch điện, tiền lệ có thể xảy ra khiến các thành phần khác của mạch bị hỏng.

Kết nối nối tiếp hiện tại

Bởi vì nó chỉ có một đường dẫn có thể có nên nó sẽ có cùng giá trị cho tất cả các tụ điện. Trong trường hợp này, lượng điện tích tích lũy có cùng giá trị ở mọi nơi. Nó không phụ thuộc vào năng lực. Nhìn vào sơ đồ nối tiếp các tụ điện. Mặt phải của mặt thứ nhất được kết nối với mặt trái của mặt thứ hai, v.v. Nếu sử dụng nhiều hơn 1 phần tử thì một số phần tử trong số chúng sẽ bị cô lập khỏi mạch điện chung. Do đó, diện tích hiệu dụng của các bản trở nên nhỏ hơn và bằng các thông số của tụ điện nhỏ nhất. Hiện tượng vật lý nào làm cơ sở cho quá trình này? Thực tế là ngay khi tụ điện được nạp điện, nó sẽ ngừng dòng điện chạy qua. Và sau đó nó không thể chảy xuyên suốt toàn bộ chuỗi. Trong trường hợp này, các tụ điện còn lại cũng sẽ không thể sạc được.

Giảm điện áp và tổng điện dung

Mỗi yếu tố làm giảm căng thẳng một chút. Xét rằng công suất tỷ lệ nghịch với nó, nó càng nhỏ thì mức giảm càng lớn. Như đã đề cập trước đó, các tụ điện mắc nối tiếp có cùng điện tích. Do đó, bằng cách chia tất cả các biểu thức cho tổng giá trị, bạn có thể nhận được phương trình hiển thị toàn bộ công suất. Đây là nơi kết nối nối tiếp và song song của tụ điện rất khác nhau.

Ví dụ 1

Hãy sử dụng các công thức được trình bày trong bài viết và tính toán một số bài toán thực tế. Vì vậy, chúng tôi có ba tụ điện. Điện dung của chúng là: C1 = 25 µF, C2 = 30 µF và C3 = 20 µF. Chúng được kết nối thành chuỗi. Cần phải tìm ra tổng công suất của chúng. Chúng ta sử dụng phương trình tương ứng 1/C: 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/25 + 1/30 + 1/20 = 37/300. Chúng tôi chuyển đổi thành microfarad và tổng điện dung của tụ điện khi mắc nối tiếp (và nhóm trong trường hợp này được coi là một phần tử) là khoảng 8,11 μF.

Ví dụ số 2

Hãy giải quyết một vấn đề nữa để củng cố công việc của chúng ta. Có 100 tụ điện. Công suất của mỗi phần tử là 2 μF. Cần phải xác định tổng công suất của chúng. Bạn cần nhân số lượng của chúng với đặc tính: 100*2=200 µF. Vì vậy, tổng điện dung của tụ điện khi mắc nối tiếp là 200 microfarad. Như bạn có thể thấy, không có gì phức tạp.

Phần kết luận

Vì vậy, chúng tôi đã nghiên cứu các khía cạnh lý thuyết, phân tích các công thức và đặc điểm của cách đấu nối chính xác các tụ điện (nối tiếp) và thậm chí đã giải quyết được một số vấn đề. Tôi muốn nhắc nhở độc giả đừng bỏ qua ảnh hưởng của điện áp định mức. Điều mong muốn là nên chọn các thành phần cùng loại (mica, gốm, giấy kim loại, màng). Khi đó việc kết nối nối tiếp các tụ điện có thể mang lại cho chúng ta hiệu quả có lợi nhất.

Tụ điện, giống như điện trở, có thể mắc nối tiếp hoặc song song. Chúng ta hãy xem xét cách kết nối của các tụ điện: mỗi mạch được sử dụng để làm gì và đặc điểm cuối cùng của chúng.

Đề án này là phổ biến nhất. Trong đó, các bản tụ được nối với nhau, tạo thành một điện dung tương đương bằng tổng các điện dung mắc vào.

Khi mắc song song các tụ điện điện phân, cần phải nối các cực cùng cực với nhau.

Điểm đặc biệt của mối liên hệ này là điện áp bằng nhau trên tất cả các tụ điện được kết nối. Điện áp danh định của nhóm tụ điện mắc song song bằng điện áp làm việc của nhóm tụ điện có điện áp tối thiểu.

Dòng điện chạy qua các tụ điện của nhóm là khác nhau: dòng điện lớn hơn sẽ chạy qua tụ điện có điện dung lớn hơn.

Trong thực tế, kết nối song song được sử dụng để có được điện dung có kích thước yêu cầu khi nó nằm ngoài phạm vi do ngành công nghiệp sản xuất hoặc không vừa với một loạt tụ điện tiêu chuẩn. Trong hệ thống điều khiển hệ số công suất (cos ϕ), sự thay đổi điện dung xảy ra do việc tự động đấu nối hoặc ngắt các tụ điện mắc song song.

Trong mắc nối tiếp, các bản tụ điện được nối với nhau tạo thành một chuỗi. Các tấm bên ngoài được nối với nguồn và cùng một dòng điện chạy qua tất cả các tụ điện của nhóm.

Điện dung tương đương của các tụ điện mắc nối tiếp được giới hạn ở điện dung nhỏ nhất trong nhóm. Điều này được giải thích là do ngay khi được sạc đầy, dòng điện sẽ dừng lại. Bạn có thể tính tổng điện dung của hai tụ điện mắc nối tiếp bằng công thức

Tuy nhiên, việc sử dụng kết nối nối tiếp để đạt được xếp hạng điện dung không chuẩn không phổ biến như kết nối song song.

Trong kết nối nối tiếp, điện áp nguồn được phân bổ giữa các tụ điện của nhóm. Điều này cho phép bạn có được một dãy tụ điện được thiết kế cho điện áp cao hơn hơn điện áp định mức của các thành phần của nó. Vì vậy, các khối có thể chịu được điện áp cao được làm từ các tụ điện nhỏ và rẻ tiền.

Một lĩnh vực ứng dụng khác để nối nối tiếp các tụ điện có liên quan đến sự phân phối lại điện áp giữa chúng. Nếu điện dung bằng nhau thì hiệu điện thế chia làm đôi, nếu không thì điện áp trên tụ có điện dung lớn hơn sẽ lớn hơn. Một thiết bị hoạt động theo nguyên tắc này được gọi là bộ chia điện áp điện dung.

Kết nối hỗn hợp của tụ điện

Các mạch như vậy tồn tại, nhưng trong các thiết bị có mục đích đặc biệt đòi hỏi độ chính xác cao trong việc thu được giá trị điện dung cũng như điều chỉnh chính xác chúng.

Trong kỹ thuật điện, có nhiều lựa chọn khác nhau để kết nối các phần tử điện. Trong đó, tụ điện có nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp tùy theo nhu cầu của mạch điện. Hãy nhìn vào chúng.

Kết nối song song

Kết nối song song được đặc trưng bởi thực tế là tất cả các tấm tụ điện được kết nối với các điểm chuyển mạch và tạo thành pin. Trong trường hợp này, khi sạc các tụ điện, mỗi tụ điện sẽ có số điện tích khác nhau với cùng một lượng năng lượng cung cấp.

Điện dung để lắp đặt song song được tính toán dựa trên điện dung của tất cả các tụ điện trong mạch. Trong trường hợp này, lượng điện năng cung cấp cho tất cả các phần tử hai cực riêng lẻ của mạch điện có thể được tính bằng cách tính tổng lượng năng lượng đặt trong mỗi tụ điện. Toàn bộ mạch được kết nối theo cách này được tính là một mạng hai đầu cuối.

Ctt = C 1 + C 2 + C 3

Không giống như kết nối hình sao, điện áp giống nhau được đặt vào các bản của tất cả các tụ điện. Ví dụ, trong sơ đồ trên chúng ta thấy rằng:

V AB = V C1 = V C2 = V C3 = 20 Vôn

Kết nối nối tiếp

Ở đây, chỉ các tiếp điểm của tụ điện đầu tiên và tụ điện cuối cùng được kết nối với các điểm chuyển mạch.

Đặc điểm chính của mạch là năng lượng điện sẽ chỉ chạy theo một hướng, nghĩa là dòng điện trong mỗi tụ điện sẽ như nhau. Trong mạch như vậy, mỗi thiết bị lưu trữ, bất kể dung lượng của nó, sẽ được cung cấp năng lượng tích lũy như nhau. Bạn cần hiểu rằng mỗi loại trong số chúng tiếp xúc tuần tự với loại tiếp theo và trước đó, nghĩa là dung lượng của loại tuần tự có thể được tái tạo bằng năng lượng của thiết bị lưu trữ lân cận.

Công thức phản ánh sự phụ thuộc của dòng điện vào cách đấu nối của tụ điện như sau:

i = i c 1 = i c 2 = i c 3 = i c 4, tức là dòng điện đi qua mỗi tụ điện bằng nhau.

Do đó, không chỉ cường độ dòng điện mà cả điện tích cũng như nhau. Theo công thức, điều này được định nghĩa là:

Q tổng = Q 1 = Q 2 = Q 3

Và đây là cách xác định tổng điện dung của các tụ điện trong một mắc nối tiếp:

Tổng 1/C = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3

Video: cách đấu nối tụ điện song song và nối tiếp

Kết nối hỗn hợp

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng để kết nối các tụ điện khác nhau, cần phải tính đến điện áp mạng. Đối với mỗi chất bán dẫn, chỉ số này sẽ khác nhau tùy thuộc vào điện dung của phần tử. Theo đó, các nhóm cực bán dẫn công suất nhỏ riêng lẻ sẽ trở nên lớn hơn khi sạc và ngược lại, điện dung cỡ lớn sẽ cần sạc ít hơn.

Ngoài ra còn có một kết nối hỗn hợp của hai hoặc nhiều tụ điện. Ở đây, năng lượng điện được phân phối đồng thời bằng cách sử dụng các kết nối song song và nối tiếp của các tế bào điện phân trong mạch điện. Mạch này có một số phần với các kết nối khác nhau của mạng ngưng tụ hai đầu cuối. Nói cách khác, một mặt mạch được mắc song song, mặt khác - nối tiếp. Mạch điện này có một số ưu điểm so với mạch truyền thống:

1. Có thể sử dụng cho mọi mục đích: kết nối động cơ điện, thiết bị máy móc, thiết bị vô tuyến;
2. Tính toán đơn giản. Để lắp đặt, toàn bộ mạch được chia thành các phần riêng biệt của mạch, được tính toán riêng;
3. Đặc tính của các thành phần không thay đổi bất kể sự thay đổi trong trường điện từ hoặc cường độ dòng điện. Điều này rất quan trọng khi làm việc với các mạng hai đầu cuối đối diện. Điện dung không đổi ở điện áp không đổi, nhưng điện thế tỷ lệ thuận với điện tích;
4. Nếu bạn cần lắp ráp một số mạng hai cực bán dẫn không phân cực từ các mạng cực, thì bạn cần lấy một số mạng hai cực đơn cực và kết nối chúng theo kiểu đối lưng (tam giác). Trừ đi trừ, và cộng thành cộng. Vì vậy, bằng cách tăng điện dung, nguyên lý hoạt động của chất bán dẫn lưỡng cực sẽ thay đổi.

Trong các mạch kỹ thuật điện tử và vô tuyến, việc kết nối song song và nối tiếp các tụ điện đã trở nên phổ biến. Trong trường hợp đầu tiên, kết nối được thực hiện mà không có bất kỳ nút chung nào và trong tùy chọn thứ hai, tất cả các phần tử được kết hợp thành hai nút và không được kết nối với các nút khác, trừ khi điều này được cung cấp trước bởi mạch.

Kết nối nối tiếp

Trong nối tiếp, hai hoặc nhiều tụ điện được nối vào một mạch chung sao cho mỗi tụ điện trước được nối với tụ điện tiếp theo chỉ tại một điểm chung. Dòng điện (i) nạp vào một mạch nối tiếp các tụ điện sẽ có cùng giá trị đối với mỗi phần tử, vì nó chỉ đi dọc theo con đường duy nhất có thể. Vị trí này được xác nhận bằng công thức: i = i c1 = i c2 = i c3 = i c4.

Do cùng một dòng điện chạy qua các tụ nối tiếp nên lượng điện tích được lưu trữ trong mỗi tụ sẽ như nhau, bất kể điện dung. Điều này trở nên khả thi vì điện tích đến từ tấm của tụ điện trước đó tích tụ trên tấm của phần tử mạch tiếp theo. Do đó, lượng điện tích trên các tụ điện mắc nối tiếp sẽ như sau: Q tổng = Q 1 = Q 2 = Q 3.

Nếu chúng ta xem xét ba tụ điện C 1, C 2 và C 3 được mắc trong một mạch nối tiếp, thì hóa ra tụ điện ở giữa C 2 ở dòng điện không đổi được cách ly về điện với mạch chung. Cuối cùng, diện tích hiệu dụng của các tấm sẽ giảm xuống diện tích của các tấm tụ điện có kích thước tối thiểu nhất. Việc nạp điện hoàn toàn vào các tấm khiến cho dòng điện không thể đi qua nó nữa. Kết quả là, dòng điện dừng lại trong toàn bộ mạch và theo đó, việc sạc của tất cả các tụ điện khác cũng dừng lại.

Tổng khoảng cách giữa các tấm trong một kết nối nối tiếp là tổng khoảng cách giữa các tấm của mỗi phần tử. Kết quả của việc kết nối trong một mạch nối tiếp, một tụ điện lớn duy nhất được hình thành, diện tích của các bản tụ tương ứng với các bản của phần tử có điện dung tối thiểu. Khoảng cách giữa các tấm hóa ra bằng tổng tất cả các khoảng cách có sẵn trong chuỗi.

Điện áp rơi trên mỗi tụ điện sẽ khác nhau tùy thuộc vào điện dung. Vị trí này được xác định theo công thức: C = Q/V, trong đó điện dung tỷ lệ nghịch với điện áp. Do đó, khi điện dung của tụ điện giảm, điện áp cao hơn sẽ giảm trên nó. Tổng điện dung của các tụ điện được tính theo công thức: 1/C tổng = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3.

Đặc điểm chính của mạch như vậy là năng lượng điện chỉ truyền theo một hướng. Do đó, giá trị dòng điện trong mỗi tụ điện sẽ như nhau. Mỗi biến tần trong mạch nối tiếp lưu trữ một lượng năng lượng bằng nhau, bất kể dung lượng. Nghĩa là, dung lượng có thể được tái tạo nhờ năng lượng có trong thiết bị lưu trữ lân cận.

Máy tính trực tuyến để tính điện dung của các tụ điện mắc nối tiếp trong mạch điện.

Hợp chất hỗn hợp

Kết nối song song của tụ điện

Kết nối song song được coi là kết nối trong đó các tụ điện được kết nối với nhau bằng hai tiếp điểm. Vì vậy, một số phần tử có thể được kết nối cùng một lúc tại một điểm.

Kiểu kết nối này cho phép bạn tạo thành một tụ điện duy nhất có kích thước lớn, diện tích các bản của nó sẽ bằng tổng diện tích các bản của từng tụ điện riêng lẻ. Do tỷ lệ thuận với diện tích của các bản nên tổng điện dung là tổng số tất cả các điện dung của các tụ mắc song song. Nghĩa là, tổng C = C 1 + C 2 + C 3.

Vì sự chênh lệch điện thế chỉ xảy ra ở hai điểm nên cùng một điện áp sẽ rơi trên tất cả các tụ điện mắc song song. Cường độ dòng điện ở mỗi loại sẽ khác nhau, tùy thuộc vào giá trị điện dung và điện áp. Do đó, các kết nối nối tiếp và song song được sử dụng trong các mạch khác nhau giúp điều chỉnh các thông số khác nhau ở một số khu vực nhất định. Nhờ đó, thu được các kết quả cần thiết cho hoạt động của toàn bộ hệ thống.