Un capacitor eléctrico es un dispositivo que puede almacenar carga y energía de un campo eléctrico. Básicamente, consiste en un par de conductores (placas) separados por una capa dieléctrica. El espesor del dieléctrico es siempre mucho menor que el tamaño de las placas. En los circuitos eléctricos equivalentes, el condensador se indica mediante 2 segmentos paralelos verticales (II).
Cantidades básicas y unidades de medida
Hay varias cantidades básicas que definen un capacitor. Uno de ellos es su capacidad (letra C latina), y el segundo es el voltaje de funcionamiento (U latina). La capacidad eléctrica (o simplemente capacitancia) en el sistema SI se mide en faradios (F). Además, como unidad de capacitancia, 1 faradio, esto es mucho, casi nunca se usa en la práctica. Por ejemplo, la carga eléctrica del planeta Tierra es de solo 710 microfaradios. Por lo tanto, la capacitancia eléctrica de los capacitores en la mayoría de los casos se mide en cantidades derivadas de faradios: en picofaradios (pF) con un valor de capacitancia muy pequeño (1 pF=1/106µF), en microfaradios (µF) en su valor suficientemente grande (1 uF=1/106 F). Para calcular la capacidad eléctrica, es necesariodivida la cantidad de carga acumulada entre las placas por el módulo de la diferencia de potencial entre ellas (voltaje a través del capacitor). La carga del condensador en este caso es la carga que se acumula en una de las placas del dispositivo en cuestión. En 2 conductores del dispositivo, son idénticos en módulo, pero difieren en signo, por lo que su suma siempre es igual a cero. La carga de un capacitor se mide en culombios (C) y se denota con la letra Q.
Tensión en aparato eléctrico
Uno de los parámetros más importantes del dispositivo que estamos considerando es el voltaje de ruptura: la diferencia de potencial entre los dos conductores del capacitor, que conduce a la ruptura eléctrica de la capa dieléctrica. El voltaje máximo al que no hay ruptura del dispositivo está determinado por la forma de los conductores, las propiedades del dieléctrico y su espesor. Las condiciones de funcionamiento en las que el voltaje en las placas del aparato eléctrico está cerca del voltaje de ruptura son inaceptables. El voltaje de operación normal en el capacitor es varias veces menor que el voltaje de ruptura (dos o tres veces). Por lo tanto, al elegir, preste atención al voltaje nominal y la capacitancia. En la mayoría de los casos, el valor de estas cantidades se indica en el propio dispositivo o en el pasaporte. La inclusión de un capacitor en la red para un voltaje que exceda el voltaje nominal amenaza con romperse, y una desviación del valor de capacitancia del valor nominal puede provocar la liberación de armónicos más altos en la red y el sobrecalentamiento del dispositivo.
Aspecto de los condensadores
El diseño de capacitores puede serlos más variados. Depende del valor de la capacidad eléctrica del dispositivo y su propósito. Los parámetros del dispositivo en consideración no deben verse afectados por factores externos, por lo tanto, las placas tienen una forma tal que el campo eléctrico creado por las cargas eléctricas se concentra en un pequeño espacio entre los conductores del capacitor. Por lo tanto, pueden consistir en dos esferas concéntricas, dos placas planas o dos cilindros coaxiales. Por lo tanto, los capacitores pueden ser cilíndricos, esféricos y planos dependiendo de la forma de los conductores.
Condensadores permanentes
De acuerdo con la naturaleza del cambio en la capacitancia eléctrica, los capacitores se dividen en dispositivos con una capacidad constante, variable o trimmers. Echemos un vistazo más de cerca a cada uno de estos tipos. Los dispositivos cuya capacitancia no cambia durante el funcionamiento, es decir, es constante (el valor de la capacitancia aún puede fluctuar dentro de límites aceptables según la temperatura) son capacitores fijos. También existen aparatos eléctricos que cambian su capacidad eléctrica durante el funcionamiento, se les llama variables.
¿De qué depende C en un condensador?
La capacidad eléctrica depende de la superficie de sus conductores y de la distancia entre ellos. Hay varias formas de cambiar esta configuración. Considere un condensador, que consta de dos tipos de placas: móviles y fijas. Las placas móviles se mueven con respecto a las fijas, como resultado de lo cual cambia la capacitancia del capacitor. Los análogos variables se utilizan para ajustar el análogo.dispositivos. Además, la capacidad se puede cambiar durante el funcionamiento. Los condensadores de ajuste se utilizan en la mayoría de los casos para sintonizar equipos de fábrica, por ejemplo, para seleccionar la capacitancia empíricamente cuando el cálculo es imposible.
Condensador en circuito
El dispositivo en cuestión en el circuito de CC conduce corriente solo en el momento en que está conectado a la red (en este caso, el dispositivo está cargado o recargado al voltaje de la fuente). Una vez que el capacitor está completamente cargado, no fluye corriente a través de él. Cuando el dispositivo está conectado a un circuito de corriente alterna, los procesos de descarga y carga se alternan entre sí. El período de su alternancia es igual al período de oscilación del voltaje sinusoidal aplicado.
Características de los capacitores
El condensador, dependiendo del estado del electrolito y del material que lo compone, puede ser seco, líquido, óxido-semiconductor, óxido-metal. Los capacitores líquidos están bien enfriados, estos dispositivos pueden operar bajo cargas significativas y tienen una propiedad tan importante como la autocuración dieléctrica durante la ruptura. Los dispositivos eléctricos de tipo seco considerados tienen un diseño bastante simple, una pérdida de voltaje y una corriente de fuga ligeramente menores. Por el momento, son los aparatos secos los más populares. La principal ventaja de los capacitores electrolíticos es su bajo costo, tamaño compacto y alta capacidad eléctrica. Los análogos de óxido son polares (una conexión incorrecta conduce a averías).
Cómo conectarse
La conexión de un capacitor a un circuito de CC es la siguiente: el polo positivo (ánodo) de la fuente de corriente se conecta al electrodo, que está cubierto con una película de óxido. El incumplimiento de este requisito puede provocar una ruptura dieléctrica. Es por esta razón que los capacitores líquidos deben conectarse a un circuito con una fuente de corriente alterna, conectando dos secciones idénticas en series opuestas. O aplique una capa de óxido en ambos electrodos. Se obtiene así un aparato eléctrico no polar, que funciona en redes tanto de corriente continua como sinusoidal. Pero en ambos casos, la capacitancia resultante se convierte en la mitad. Los condensadores eléctricos unipolares son grandes, pero se pueden incluir en los circuitos de CA.
Aplicación principal de los capacitores
La palabra "condensador" se puede escuchar de los trabajadores de varias empresas industriales e institutos de diseño. Habiendo tratado el principio de funcionamiento, las características y los procesos físicos, descubriremos por qué se necesitan condensadores, por ejemplo, en los sistemas de suministro de energía. En estos sistemas, las baterías se utilizan ampliamente en la construcción y reconstrucción en empresas industriales para compensar la potencia reactiva del RFC (descarga de la red de desbordamientos no deseados), lo que reduce los costos de electricidad, ahorra en productos de cable y entrega electricidad de mejor calidad al consumidor.. La elección óptima de potencia, método y lugar de conexión de fuentes de potencia reactiva (Q) en redes de sistemas de potencia eléctrica (EPS) proporcionaimpacto significativo en el desempeño económico y técnico de la EPS. Hay dos tipos de KRM: transversales y longitudinales. Con compensación transversal, los bancos de condensadores se conectan a las barras de la subestación en paralelo con la carga y se denominan shunt (SHBK). Con la compensación longitudinal, las baterías se incluyen en el corte de la línea eléctrica y se denominan SPC (dispositivos de compensación longitudinal). Las baterías consisten en dispositivos individuales que se pueden conectar de varias maneras: condensadores conectados en serie o en paralelo. A medida que aumenta el número de dispositivos conectados en serie, aumenta el voltaje. El APC también se utiliza para ecualizar cargas por fases, aumentar la productividad y la eficiencia de los hornos de arco y minerales térmicos (cuando el APC se enciende a través de transformadores especiales).
En los circuitos equivalentes de las líneas de transmisión de potencia con tensiones superiores a 110 kV, la conducción capacitiva a tierra se denomina condensadores. La alimentación de la línea se debe a la capacitancia entre los conductores de distintas fases y la capacitancia formada por el hilo de fase y tierra. Por lo tanto, para calcular los modos de operación de la red, los parámetros de las líneas de transmisión de energía y determinar los lugares de daño a la red eléctrica, se utilizan las propiedades del capacitor.
Más aplicaciones
Además, este término se puede escuchar de los trabajadores ferroviarios. ¿Por qué necesitan condensadores? En locomotoras eléctricas y locomotoras diesel, estos dispositivos se utilizan para reducir la chispa de los contactos de los dispositivos eléctricos, suavizar la corriente pulsante generada por los rectificadores y pulsadosdisyuntores, así como para crear una generación de un voltaje sinusoidal simétrico utilizado para alimentar motores eléctricos.
Sin embargo, esta palabra suele escucharse de labios de un radioaficionado. ¿Por qué necesita condensadores? En ingeniería de radio, se utilizan para crear oscilaciones electromagnéticas de alta frecuencia, forman parte de filtros suavizantes, fuentes de alimentación, amplificadores y placas de circuito impreso.
En la guantera de todo automovilista puedes encontrar un par de estos electrodomésticos. ¿Por qué se necesitan capacitores en un automóvil? Allí se utilizan en equipos de amplificación de sistemas acústicos para la reproducción de sonido de alta calidad.
