Circuitos de condensadores de CA

Condensadores vs. Resistencias

Los condensadores no se comportan igual que las resistencias. Mientras que las resistencias permiten un flujo de electrones a través de ellas directamente proporcional a la caída de voltaje, los capacitores se oponen a cambios en voltaje extrayendo o suministrando corriente a medida que se cargan o descargan al nuevo nivel de voltaje.

El flujo de electrones "a través" de un capacitor es directamente proporcional a la tasa de cambio de voltaje a través del capacitor. Esta oposición al cambio de voltaje es otra forma de reactancia , pero uno que es precisamente opuesto al que exhiben los inductores.

Características del circuito del capacitor

Expresada matemáticamente, la relación entre la corriente "a través" del capacitor y la tasa de cambio de voltaje a través del capacitor es como tal:

La expresión de / dt es uno de cálculo, es decir, la tasa de cambio de voltaje instantáneo (e) a lo largo del tiempo, en voltios por segundo. La capacitancia (C) está en Faradios y la corriente instantánea (i), por supuesto, está en amperios.

A veces encontrará la tasa de cambio instantáneo de voltaje a lo largo del tiempo expresada como dv / dt en lugar de de / dt:usando la letra minúscula "v" en su lugar o "e" para representar el voltaje, pero significa exactamente lo mismo. Para mostrar lo que sucede con la corriente alterna, analicemos un circuito de condensador simple:

Circuito capacitivo puro:el voltaje del capacitor retrasa la corriente del capacitor en 90 °

Si tuviéramos que trazar la corriente y el voltaje para este circuito muy simple, se vería así:

Formas de onda de circuito capacitivo puro.

Recuerde, la corriente a través de un capacitor es una reacción contra el cambio en voltaje a través de él.

Por lo tanto, la corriente instantánea es cero siempre que el voltaje instantáneo está en un pico (cambio cero, o pendiente de nivel, en la onda sinusoidal de voltaje), y la corriente instantánea está en un pico donde el voltaje instantáneo está en un cambio máximo (los puntos de pendiente más pronunciada en la onda de voltaje, donde cruza la línea cero).

Esto da como resultado una onda de voltaje que está desfasada -90 ° con la onda de corriente. Mirando el gráfico, la onda de corriente parece tener una "ventaja" sobre la onda de voltaje; la corriente "adelanta" al voltaje y el voltaje "se retrasa" con respecto a la corriente.

El voltaje retrasa la corriente en 90 ° en un circuito capacitivo puro.

Como habrás adivinado, la misma onda de potencia inusual que vimos con el circuito inductor simple también está presente en el circuito condensador simple:

En un circuito capacitivo puro, la potencia instantánea puede ser positiva o negativa.

Al igual que con el circuito inductor simple, el cambio de fase de 90 grados entre voltaje y corriente da como resultado una onda de potencia que alterna igualmente entre positivo y negativo. Esto significa que un capacitor no disipa potencia ya que reacciona contra cambios de voltaje; simplemente absorbe y libera energía, alternativamente.

Reactancia de un capacitor

La oposición de un capacitor al cambio de voltaje se traduce en una oposición al voltaje alterno en general, que por definición siempre cambia en magnitud y dirección instantáneas.

Para cualquier magnitud dada de voltaje de CA a una frecuencia dada, un capacitor de tamaño dado "conducirá" una cierta magnitud de corriente de CA.

Así como la corriente a través de un resistor es una función del voltaje a través del resistor y la resistencia ofrecida por el resistor, la corriente CA a través de un capacitor es una función del voltaje CA a través de él y la reactancia ofrecido por el condensador.

Al igual que con los inductores, la reactancia de un condensador se expresa en ohmios y se simboliza con la letra X (o XC para ser más específicos).

Dado que los condensadores "conducen" corriente en proporción a la tasa de cambio de voltaje, pasarán más corriente para voltajes que cambian más rápido (a medida que se cargan y descargan a los mismos picos de voltaje en menos tiempo) y menos corriente para voltajes que cambian más lentamente.

Lo que esto significa es que la reactancia en ohmios para cualquier capacitor es inversamente proporcional a la frecuencia de la corriente alterna.

Reactancia de un condensador de 100 uF:

Frecuencia (hercios) Reactancia (ohmios) 6026.525812013.262925000.6366

Tenga en cuenta que la relación entre la reactancia capacitiva y la frecuencia es exactamente opuesta a la de la reactancia inductiva.

La reactancia capacitiva (en ohmios) disminuye al aumentar la frecuencia de CA. Por el contrario, la reactancia inductiva (en ohmios) aumenta al aumentar la frecuencia de CA. Los inductores se oponen a corrientes cambiantes más rápidas produciendo caídas de tensión mayores; los condensadores se oponen a caídas de voltaje que cambian más rápido al permitir corrientes mayores.

Al igual que con los inductores, el término 2πf de la ecuación de reactancia se puede reemplazar por la letra griega minúscula Omega (ω), que se conoce como velocidad angular del circuito de CA. Por lo tanto, la ecuación XC =1 / (2πfC) también podría escribirse como XC =1 / (ωC), con ω expresado en unidades de radianes por segundo .

La corriente alterna en un circuito capacitivo simple es igual al voltaje (en voltios) dividido por la reactancia capacitiva (en ohmios), al igual que la corriente alterna o continua en un circuito resistivo simple es igual al voltaje (en voltios) dividido por el resistencia (en ohmios). El siguiente circuito ilustra esta relación matemática con un ejemplo:

Reactancia capacitiva.

Sin embargo, debemos tener en cuenta que el voltaje y la corriente no están en fase aquí. Como se mostró anteriormente, la corriente tiene un cambio de fase de + 90 ° con respecto al voltaje. Si representamos matemáticamente estos ángulos de fase de voltaje y corriente, podemos calcular el ángulo de fase de la oposición reactiva del capacitor a la corriente.

El voltaje retrasa la corriente en 90 ° en un capacitor.

Matemáticamente, decimos que el ángulo de fase de la oposición de un capacitor a la corriente es -90 °, lo que significa que la oposición de un capacitor a la corriente es una cantidad imaginaria negativa. (Consulte la figura anterior). Este ángulo de fase de oposición reactiva a la corriente se vuelve de importancia crítica en el análisis de circuitos, especialmente para circuitos de CA complejos donde interactúan la reactancia y la resistencia.

Resultará beneficioso representar cualquier la oposición del componente a la corriente en términos de números complejos, y no solo cantidades escalares de resistencia y reactancia.

REVISAR:

• Reactancia capacitiva es la oposición que ofrece un capacitor a la corriente alterna debido a su almacenamiento en fase desplazada y liberación de energía en su campo eléctrico. La reactancia está simbolizada por la letra mayúscula "X" y se mide en ohmios al igual que la resistencia (R).
• La reactancia capacitiva se puede calcular usando esta fórmula:XC =1 / (2πfC)
• La reactancia capacitiva disminuye cada vez con mayor frecuencia. En otras palabras, cuanto mayor es la frecuencia, menos se opone (más "conduce") a la corriente CA.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de capacitores