คาปาซิเตอร์ ( Capacitor )

  คาปาซิเตอร์ หรือตัวเก็บประจุไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำหน้าที่สะสมหรือเก็บประจุไฟฟ้า เปรียบเทียบเหมือนแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ที่ต่ออยู่ในวงจรไฟฟ้า

                  ลักษณะโครงสร้างพื้นฐานของตัวเก็บประจุไฟฟ้านั้นผลิตจากแผ่นโลหะบางๆ 2 แผ่น วางซ้อนกันโดยมีฉนวน ที่เรียกว่า ไดอิเล็กตริก (Dielectric) คั่นตรงกลาง ม้วนเป็นรูปทรงกระบอก ฉนวนไดอิเล็กตริกที่ใช้อาจจะเป็นชนิดอากาศ, กระดาษ, น้ำมัน, ไมก้า, เซรามิค เป็นต้น

การทำงานของคาปาซิเตอร์จะมีการทำงาน 2 ลักษณะ คือ การเก็บประจุไว้ในตัวเก็บประจุ (Charge) และ การคายประจุออกจากตัวเก็บประจุ (Discharge)

ค่าความจุจะเป็นหน่วนวัดของตัวคาปาซิเตอร์ ซึ่งหน่วยวัดจะเป็น ฟารัด (Farad) เมื่อต้องการให้ได้ค่าเก็บประจุสูงขึ้น ทำได้โดยวิธีนำแผ่นโลหะหลายๆแผ่นมาซ้อนกัน เพื่อให้มีพื้นที่การเก็บประจุให้มากขึ้น แต่มีข้อจำกัดหลายประการ จึงมีอีกวิธีหนึ่งดดยการนำคาปาซิเตอร์หลายๆตัวมาทำการขนาน หรืออนุกรม ทางไฟฟ้า ซึ่งค่าความจุไฟฟ้ารวม คำนวณได้ดังนี้

1.การต่อคาปาซิเตอร์แบบขนาน

2.การต่อคาปาซิเตอร์แบบอนุกรม

               ในวงจรไฟฟ้าทั่วๆไป ค่าความจุไฟฟ้าของคาปาซิเตอร์มักจะไม่ถูกนำไปใช้โดยตรง แต่จะแปลงค่าไปใช้ในรูปอื่น ดังต่อไปนี้

1. คาปาซิทีฟรีแอคแตนซ์ (Capacitive Reactance) ซึ่งเปรียบได้กับค่าความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งมีค่า Xc = 1/2pfc โดยที่ f เป็นค่าความถี่ของระบบไฟฟ้า มีหน่วยเป็นเฮิรต์ (Hz) และ Xc เป็นค่าคปาซิทีฟรีแอคแตนซ์ มีหน่วยเป็นโอห์ม (Ohm)

2. รีแอคทีฟเพาเวอร์ (Reactive Power) เป็นกำลังงานไฟฟ้าที่ตัวคาปาซิเตอร์สะสมไว้ ดังสมการ Pr = 2fcv2 มีหน่วยเป็น VAR ( Volt-Amp Reactive) โดยที่ V เป็นระดับแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้า มีหน่วยเป็น โวลท์ (Volt)

กำลังในระบบไฟฟ้า (Power Electrical)

ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ หรือระบบไฟฟ้าที่ใช้กันในอุตสาหกรรม หรือที่อยู่อาศัย มีการวัดกำลังไฟฟ้าหลายหน่วยดังต่อไปนี้

1. กำลังไฟฟ้าจริง (Active Power) มีหน่วยเป็น วัตต์ (W) หรือกิโลวัตต์ (KW) เป็นกำลังงานที่สามารถเปลี่ยนแปลงโดยอุปกรณ์ไฟฟ้าให้เป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ เช่น ความร้อน, แสงสว่าง หรือกำลังงานกล

2. กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Reactive Power) มีหน่วยเป็น วาร์ (VAR) หรือกิโลวาร์ (KVAR) เป็นกำลังงานที่ไม่สามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปอื่นได้ แต่อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องทำงานโดยอาศัยสนามแม่เหล็ก เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า, มอเตอร์ไฟฟ้า ต้องใช้กำลังงานรีแอคทีฟนี้เพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก

3. กำลังไฟฟ้าปรากฏ (Apparent Power) มีหน่วยเป็น โวลท์-แอมป์ (VA) หรือกิโลโวลท์แอมป์ (KVA) เป็นกำลังไฟฟ้าที่แหล่งจ่ายไฟฟ้าจะจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าปรากฏ เกิดจากผลรวมของกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้าปรากฏ

เพาเวอร์แฟคเตอร์ (Power Factor)

เพาเวอร์แฟคเตอร์ เป็นค่าบอกให้ทราบว่าอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ กำลังงานจริงเป็นสัดส่วนเท่าไหร่ เมื่อเทียบกับกำลังงานปรากฏ ดังนั้นในระบบไฟฟ้าที่มีค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์สูง จะมีสมรรถนะหรือประสิทธิภาพในการทำงานดีกว่าระบบไฟฟ้าที่มีค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำ

เพาเวอร์แฟคเตอร์ คือ อัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าจริง ต่อ กำลังไฟฟ้าปรากฏ

Power Factor = KW / KVA

Power Factor = Cos f

ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ เพาเวอร์แฟคเตอร์ อาจเป็นแบบตามหลัง (Lagging) หรือแบบนำหน้า (Leading) ก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางการไหลของกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ ถ้ากำลังทั้งสองไหลไปทิศทางเดียวกันค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์จะเป็นแบบตามหลัง แต่ถ้าไหลไปคนละทิศทางค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์จะเป็นแบบนำหน้า

ชนิดของตัวเก็บประจุ

ชนิดของตัวเก็บประจุแบ่งตามวัสดุการใช้งานแบ่งออกได้ 2 ชนิด คือ

ตัวเก็บประจุชนิดคงที่ Fixed capacitor

Capacitor ชนิดนี้จะมีขั้วบวกและขั้วลบบอกไว้ ส่วนใหญ่จะเป็นแบบกลมดังนั้น การนำไปใช้งานจะต้องคำนึงถึงการต่อขั้วให้กับ Capacitor ด้วย จะสังเกตขั้วง่าย ๆ ขั้วไหนที่เป็นขั้วลบจะมีลูกศรชี้ไปที่ขั้วนั้น และในลูกศรจะมีเครื่องหมายลบบอกเอาไว้

 ตัวเก็บประจุแบบกระดาษ (Paper capacitor) ตัวเก็บประจุแบบกระดาษ นำไปใช้งานซึ่งต้องการค่าความต้านทานของฉนวนที่มี ค่าสูง และ มี เสถียรภาพต่ออุณหภูมิสูงได้ดี มีค่าความจุที่ดีใน ย่านอุณหภูมิที่กว้าง

ตัวเก็บประจุแบบไมก้า (Mica capacitor)

ตัวเก็บประจุแบบไมก้านี้ จะมีเสถียรภาพต่ออุณหภูมิ และ ความถี่ดี มีค่าตัวประกอบการสูญเสียต่ำ และ สามารถทำงาน ได้ดีที่ความถี่สูง จะถูกนำมาใช้ในงานหลายอย่าง เช่น ในวงจะจูนวงจรออสซิสเตอร์ วงจรกรองสัญญาณ และวงจรขยาย ความ ถี่วิทยุกำลังสูง จะไม่มีการผลิตตัวเก็บประจุแบบไมก้าค่าความจุสูงๆ ออกมา เนื่องจากไมก้ามีราคาแพง จะทำให้ค่าใช้จ่ายในการ ผลิตสูงเกินไป

 ตัวเก็บประจุแบบเซรามิก (Ceramic capacitor)

ตัวเก็บประจุชนิดเซรามิก โดยทั่วไปตัวเก็บประจุชนิดนี้มีลักษณะกลมๆ แบนๆ บางครั้งอาจพบแบบสี่เหลี่ยมแบนๆ ส่วนใหญ่ตัวเก็บประจุชนิดนี้ มีค่าน้อยกว่า 1 ไมโครฟารัด และเป็นตัวเก็บประจุชนิดที่ไม่มีขั้ว และสามารถทนแรงดันได้ประมาณ 50-100 โวลต์ค่าความจุของตัวเก็บประจุชนิดเซรามิกที่มีใช้กันในปัจจุบันอยู่ในช่วง 1 พิโกฟารัด ถึง 0.1 ไมโครฟารัด

 ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลติก (Electrolytic capacitor)

ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโทรไลติก ตัวเก็บประจุชนิดนี้ต้องระวังในการนำไปใช้งานด้วย เพราะมีขั้วที่แน่นอนพิมพ์ติดไว้ด้าน ข้างตัวถังอยู่แล้ว ถ้าป้อนแรงดันให้กับตัวเก็บประจุผิดขั้ว อาจเกิดความเสียหายกับตัวมันและอุปกรณ์ที่ประกอบร่วมกันได้ ขั้วของตัวเก็บประจุชนิดนี้สังเกตได้ง่ายๆ เมื่อตอนซื้อมา คือ ขาที่ยาวจะเป็นขั้วบวก และขาที่สั้นจะเป็นขั้วลบ

 ตัวเก็บประจุแบบน้ำมัน (Oil capacitor)

ตัวเก็บประจุแบบโพลีสไตลีน (Polyethylene capacitor)

ตัวเก็บประจุ แทนทาลั่ม (Tantalum capacitor)

ตัวเก็บประจุแบบแทนทาลั่ม จะให้ค่าความจุสูงในขณะที่ตัวถังที่บรรจุมีขนาดเล็ก และมีอายุในการเก็บรักษาดีมาก ตัวเก็บประจุแบบแทนทาลั่มนี้มีหลายชนิดให้เลือกใช้ เช่น ชนิด โซลิต ( solid type ) ชนิด ซินเทอร์สลัก ( sintered slug ) ชนิดฟอลย์ธรรมดา ( plain foil ) ชนิดเอ็ชฟอยล์ ( etched foil ) ชนิดเว็ทสลัก ( wet slug ) และ ชนิดชิป ( chip ) การนำไปใช้งานต่างๆ ประกอบด้วยวงจรกรองความถี่ต่ำ วงจรส่งผ่านสัญญาณ ชนิด โซลิตนั้นไม่ไวต่ออุณหภูมิ และ มีค่าคุณ สมบัติระหว่างค่าความจุอุณหภูมิต่ำกว่า ตัวเก็บประจุ แบบอิเล็กทรอไลติกชนิดใด ๆ สำหรับงานที่ตัวเก็บประจุแบบแทนทาลั่มไม่เหมาะกับ วงจรตั้งเวลาที่ใช้ RC ระบบกระตุ้น ( triggering system ) หรือ วงจรเลื่อนเฟส ( phase - shift net work ) เนื่องจากตัวเก็บประจุแบบนี้ มีค่าคุณสมบัติของการดูดกลืนของไดอิเล็กตริก สูง ซึ่งหมายถึงเมื่อตัวเก็บประจุถูกคายประจุ สารไดอิเล็กตริกยังคงมีประจุหลงเหลืออยู่ ดังนั้นเม้ว่าตัวเก็บประจุที่มีคุณสมบัติของ การดูดกลืนของสารไดอิเล็กตริกสูงจะถูกคายประจุประจุจนเป็นศูนษ์แล้วก็ตาม จะยังคงมีประจุเหลืออยู่เป็นจำนวนมากพอ ที่ จะทำ ให้เกิดปัญหาในวงจรตั้งเวลา และ วงจรอื่นที่คล้ายกัน

 ตัวเก็บประจุแบบไมลา (Milar capacitor)

ตัวเก็บประจุแบบไบโพลา (Bipolar capacitor)

ตัวเก็บประจุแบบโพลีโพรไพลีน (Poiypropyrene)

ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ Variable capacitor

เป็น Capacitor ชนิดที่ไม่มีค่าคงที่ ซึ่งจะมีการนำวัสดุต่างๆ มาสร้างขึ้นเป็น Capacitor โดยทั่วไปจะมีค่าความจุไม่มากนัก โดยประมาณไม่เกิน 1 ไมโครฟารัด (m F) Capacitor ชนิดนี้เปลี่ยนค่าความจุได้ จึงพบเห็นอยู่ ในเครื่องรับวิทยุต่าง ๆ ซึ่งเป็นตัวเลือกหาสถานีวิทยุโดยมีแกนหมุน Trimmer หรือ Padder เป็น Capacitor ชนิดปรับค่าได้ ซึ่งคล้าย ๆ กับ Variable Capacitor แต่จะมีขนาดเล็กกว่า การใช้ Capacitor แบบนี้ถ้าต่อในวงจรแบบอนุกรมกับวงจรเรียกว่า Padder Capacitor ถ้านำมาต่อขนานกับวงจร เรียกว่า Trimmer.