Capacitancia de los circuitos de CA

Introducción

Cuando se aplica un voltaje de alimentación de CC al condensador, el condensador se carga lentamente hasta que finalmente alcanza una posición completamente cargada. En este punto, el voltaje de carga del condensador es igual al voltaje de alimentación. Aquí, el condensador actúa como una fuente de energía siempre que se aplique un voltaje. El condensador no permite que la corriente (i) pase después de que esté completamente cargado. La corriente que fluye a través del circuito depende de la cantidad de carga en la placa del condensador, y la corriente es directamente proporcional a la tasa de cambio del voltaje aplicado al circuito. Es decir, i = dQ / dt = C dV

Cuando se aplica un voltaje de alimentación de CA al circuito del condensador, el condensador se carga y descarga continuamente de acuerdo con la tasa de frecuencia del voltaje de suministro. La capacitancia de un condensador en un circuito de CA depende de la frecuencia de la tensión de alimentación que se le aplique. En los circuitos de CA, los condensadores permiten corriente cuando el voltaje de alimentación cambia continuamente con el tiempo.

Circuito de condensador de CA

En el circuito anterior, nos hemos asegurado de que el condensador esté conectado directamente al voltaje de alimentación de CA. Aquí, el condensador se carga y descarga continuamente de acuerdo con el cambio en el voltaje de la fuente de alimentación porque el valor del voltaje de la fuente de alimentación de CA aumenta o disminuye constantemente. Todo el mundo sabe que la corriente que fluye a través de un circuito es directamente proporcional a la tasa de cambio del voltaje aplicado.

Aquí, si la tensión de alimentación se cruza con un valor de un semiciclo positivo a un semiciclo negativo o viceversa, la corriente de carga tendrá un valor alto. es decir, 0⁰ y 180⁰ Con una señal sinusoidal. La corriente a través del condensador está en su mínimo cuando el voltaje de suministro de onda sinusoidal se cruza en el valor pico máximo o mínimo (Vm). Por lo tanto, podemos decir que la corriente de carga que fluye a través del circuito es la máxima o mínima dependiendo del nivel de voltaje de la fuente de alimentación de la onda sinusoidal.

Diagrama del phaser del condensador de CA

El diagrama fasorial de un condensador de CA se muestra en la figura anterior, donde el voltaje y la corriente se representan en forma sinusoidal. En la figura anterior, 0⁰ La corriente de carga máxima se debe al lento aumento de la tensión en la dirección positiva. A la edad de 90 años⁰ En este punto, el voltaje de alimentación está en su valor máximo máximo, por lo que no fluye corriente a través del condensador.

A los 180⁰ El punto en el que el voltaje cae lentamente a cero y la corriente alcanza su valor máximo en la dirección negativa. También en este caso, la carga alcanza un máximo de 360⁰Esto se debe a que la tensión de alimentación está en su valor mínimo en este punto.

A partir de la forma de onda en la figura anterior, podemos ver que la corriente lleva el voltaje en 90⁰Por lo tanto, en un circuito de condensador ideal, podemos decir que el voltaje de CA está 90 detrás de la corriente⁰.

Reactancia capacitiva

Sabemos que la corriente que fluye a través de un condensador es directamente proporcional a la tasa de cambio del voltaje aplicado, pero un condensador proporciona cierta resistencia al flujo de corriente, al igual que una resistencia. Esta resistencia del condensador en un circuito de CA se denomina reactancia capacitiva o comúnmente conocida como reactancia. La reactancia capacitiva es una característica de un condensador que se opone al flujo de corriente en un circuito de CA. Se denota con el símbolo Xc y se mide en ohmios de la misma manera que resistencias similares.

La carga de un condensador en un circuito requiere más energía que la reactancia capacitiva. Este valor es inversamente proporcional al valor de capacitancia y a la frecuencia de la tensión de alimentación.

Xc∝ 1/c y Xc∝ 1/f.

A continuación se discutirán las fórmulas para la reactancia capacitiva y los parámetros que las afectan.

reactancia capacitiva,

XC = 1/2πfC = 1/ωC

Aquí

XC = reactancia del condensador

f = frecuencia en HZ

C = capacitancia del condensador (faradio)

ω (omega) = 2πf

A partir de la fórmula anterior, se puede ver que la reactancia capacitiva es alta. Los valores de frecuencia y capacitancia son bajos, y en esta etapa el condensador actúa como una resistencia completa. Cuando la frecuencia del voltaje de alimentación es alta, el valor de reactancia del condensador es bajo y el condensador aún puede actuar como un buen conductor en esta etapa. De la ecuación anterior, está claro que cuando la frecuencia es infinita, la reactancia es cero, y cuando la frecuencia es cero, el valor de la reactancia es infinito.

Reactancia capacitiva a la frecuencia

El diagrama anterior muestra la relación entre la reactancia capacitiva, la corriente y la frecuencia de la tensión de alimentación. Aquí, encontramos que cuando la frecuencia es baja, la reactancia es mayor. La tasa de cambio en el voltaje aumenta con el tiempo, por lo que la corriente de carga aumenta con el aumento de la frecuencia. La reactancia está en valores infinitos, la frecuencia es cero y viceversa.

Ejemplo de capacidad de CA n.º 1

Encuentre el valor rms de la corriente que fluye a través de un circuito con un condensador de 3 μF conectado a una fuente de alimentación de 660 V y 40 Hz.

reactancia capacitiva,

XC = 1/2πfC

Aquí

f = 40HZ

C = 3uF

RMS = 660V

Ahora

XC = 1/(2 × 3.14 × 40HZ × 3 × 10^-6) = 1326Ω

Irms = Vrms/XC = 660V/1326Ω = 497mA

Ejemplo de capacitancia de CA n.º 2

Encuentre el valor rms de la corriente que fluye a través de un circuito con un condensador de 5uF conectado a una fuente de alimentación de 880V y 50Hz.

reactancia capacitiva,

XC = 1/2πfC

Aquí

f = 50HZ

C = 5uF

RMS = 880V

Ahora

XC = 1/(2 × 3,14 × 50HZ × 5 × 10-6) = 636Ω

Irms = Vrms/XC = 880V/636Ω = 1.38A

A partir de los dos ejemplos anteriores, se observó en la práctica que la reactancia del condensador depende de la frecuencia de la tensión de alimentación y es inversamente proporcional. EN EL EJEMPLO 1, LA REACTANCIA ES DE 1326 Ω A UNA FRECUENCIA DE 40 HZ, PERO EL VALOR DE REACTANCIA DISMINUYE A 636 Ω A MEDIDA QUE LA FRECUENCIA AUMENTA A 50 HZ, COMO SE MUESTRA EN EL EJEMPLO 2.