Um capacitor elétrico é um dispositivo que pode armazenar carga e energia de um campo elétrico. Basicamente, consiste em um par de condutores (placas) separados por uma camada dielétrica. A espessura do dielétrico é sempre muito menor que o tamanho das placas. Em circuitos elétricos equivalentes, o capacitor é indicado por 2 segmentos verticais paralelos (II).
Quantidades básicas e unidades de medida
Existem várias grandezas básicas que definem um capacitor. Uma delas é a sua capacidade (letra latina C), e a segunda é a tensão de operação (latim U). A capacidade elétrica (ou simplesmente capacitância) no sistema SI é medida em farads (F). Além disso, como unidade de capacitância, 1 farad - isso é muito - quase nunca é usado na prática. Por exemplo, a carga elétrica do planeta Terra é de apenas 710 microfarads. Portanto, a capacitância elétrica dos capacitores na maioria dos casos é medida em quantidades derivadas de farad: em picofarads (pF) com um valor de capacitância muito pequeno (1 pF=1/106µF), em microfarads (µF) em seu valor suficientemente grande (1 uF=1/106 F). Para calcular a capacidade elétrica, é necessáriodivida a quantidade de carga acumulada entre as placas pelo módulo da diferença de potencial entre elas (tensão através do capacitor). A carga do capacitor neste caso é a carga acumulada em uma das placas do dispositivo em questão. Em 2 condutores do dispositivo, eles são idênticos em módulo, mas diferem em sinal, de modo que sua soma é sempre igual a zero. A carga de um capacitor é medida em coulombs (C), e é denotada pela letra Q.
Tensão no aparelho elétrico
Um dos parâmetros mais importantes do dispositivo que estamos considerando é a tensão de ruptura - a diferença de potencial entre os dois condutores do capacitor, levando à ruptura elétrica da camada dielétrica. A tensão máxima na qual não há ruptura do dispositivo é determinada pela forma dos condutores, pelas propriedades do dielétrico e sua espessura. As condições de funcionamento em que a tensão nas placas do aparelho elétrico está próxima da tensão de ruptura são inaceitáveis. A tensão de operação normal no capacitor é várias vezes menor que a tensão de ruptura (duas a três vezes). Portanto, ao escolher, preste atenção à tensão e capacitância nominais. Na maioria dos casos, o valor dessas quantidades é indicado no próprio aparelho ou no passaporte. A inclusão de um capacitor na rede para uma tensão superior à tensão nominal ameaça a ruptura, e um desvio do valor da capacitância do valor nominal pode levar à liberação de harmônicos mais altos na rede e ao superaquecimento do dispositivo.
Aparência dos capacitores
O projeto de capacitores pode seros mais variados. Depende do valor da capacidade elétrica do dispositivo e sua finalidade. Os parâmetros do dispositivo em consideração não devem ser afetados por fatores externos, portanto, as placas são moldadas de forma que o campo elétrico criado pelas cargas elétricas fique concentrado em um pequeno intervalo entre os condutores do capacitor. Portanto, eles podem consistir em duas esferas concêntricas, duas placas planas ou dois cilindros coaxiais. Portanto, os capacitores podem ser cilíndricos, esféricos e planos dependendo da forma dos condutores.
Capacitores Permanentes
De acordo com a natureza da mudança na capacitância elétrica, os capacitores são divididos em dispositivos de capacidade constante, variável ou trimmers. Vamos dar uma olhada em cada um desses tipos. Dispositivos cuja capacitância não muda durante a operação, ou seja, é constante (o valor da capacitância ainda pode flutuar dentro de limites aceitáveis dependendo da temperatura) são capacitores fixos. Existem também aparelhos elétricos que mudam sua capacidade elétrica durante a operação, são chamados de variáveis.
De que depende C em um capacitor
A capacidade elétrica depende da área da superfície de seus condutores e da distância entre eles. Existem várias maneiras de alterar essas configurações. Considere um capacitor, que consiste em dois tipos de placas: móveis e fixas. As placas móveis se movem em relação às fixas, como resultado da alteração da capacitância do capacitor. Análogos variáveis são usados para ajustar o analógicodispositivos. Além disso, a capacidade pode ser alterada durante a operação. Os capacitores Trimmer são usados na maioria dos casos para ajustar equipamentos de fábrica, por exemplo, para selecionar a capacitância empiricamente quando o cálculo é impossível.
Capacitor no circuito
O dispositivo em questão no circuito CC conduz corrente apenas no momento em que é conectado à rede (neste caso, o dispositivo é carregado ou recarregado na tensão da fonte). Uma vez que o capacitor está totalmente carregado, nenhuma corrente flui através dele. Quando o dispositivo está conectado a um circuito de corrente alternada, os processos de descarga e carregamento alternam entre si. O período de sua alternância é igual ao período de oscilação da tensão senoidal aplicada.
Características dos capacitores
O capacitor, dependendo do estado do eletrólito e do material que o compõe, pode ser seco, líquido, óxido-semicondutor, óxido-metal. Os capacitores líquidos são bem resfriados, esses dispositivos podem operar sob cargas significativas e têm uma propriedade tão importante quanto a autocura dielétrica durante a quebra. Os dispositivos elétricos do tipo seco considerados têm um design bastante simples, um pouco menos de perda de tensão e corrente de fuga. No momento, são os aparelhos secos que são mais populares. A principal vantagem dos capacitores eletrolíticos é seu baixo custo, tamanho compacto e alta capacidade elétrica. Os análogos de óxido são polares (conexão incorreta leva à quebra).
Como conectar
A conexão de um capacitor a um circuito CC é a seguinte: o positivo (ânodo) da fonte de corrente é conectado ao eletrodo, que é coberto com um filme de óxido. O não cumprimento deste requisito pode resultar em ruptura dielétrica. É por isso que os capacitores líquidos devem ser conectados a um circuito com fonte de corrente alternada, conectando duas seções idênticas em séries opostas. Ou aplique uma camada de óxido em ambos os eletrodos. Assim, obtém-se um aparelho elétrico não polar, operando em redes com corrente contínua e senoidal. Mas em ambos os casos, a capacitância resultante se torna metade. Os capacitores elétricos unipolares são grandes, mas podem ser incluídos em circuitos CA.
Aplicação principal de capacitores
A palavra "capacitor" pode ser ouvida por trabalhadores de várias empresas industriais e institutos de design. Tendo lidado com o princípio de operação, características e processos físicos, descobriremos por que os capacitores são necessários, por exemplo, em sistemas de fornecimento de energia? Nesses sistemas, as baterias são amplamente utilizadas na construção e reconstrução de empreendimentos industriais para compensar a potência reativa do RFC (descarregando a rede de transbordamentos indesejados), o que reduz os custos de eletricidade, economiza em produtos de cabo e fornece eletricidade de melhor qualidade ao consumidor. A escolha ótima de potência, método e local de conexão das fontes de potência reativa (Q) em redes de sistemas elétricos de potência (EPS) proporcionaimpacto significativo no desempenho económico e técnico do EPS. Existem dois tipos de KRM: transversal e longitudinal. Com compensação transversal, os bancos de capacitores são conectados aos barramentos da subestação em paralelo com a carga e são chamados de shunt (SHBK). Com compensação longitudinal, as baterias são incluídas no corte da linha de energia e são chamadas de SPC (dispositivos de compensação longitudinal). As baterias consistem em dispositivos individuais que podem ser conectados de várias maneiras: capacitores conectados em série ou paralelo. À medida que o número de dispositivos conectados em série aumenta, a tensão aumenta. O APC também é utilizado para equalizar as cargas por fases, aumentar a produtividade e eficiência dos fornos a arco e oretérmicos (quando o APC é ligado através de transformadores especiais).
Nos circuitos equivalentes de linhas de transmissão de energia com tensões superiores a 110kV, a condução capacitiva à terra é denotada como capacitores. A alimentação da linha deve-se à capacitância entre os condutores das diferentes fases e à capacitância formada pelo fio de fase e o terra. Portanto, para calcular os modos de operação da rede, os parâmetros das linhas de transmissão de energia e determinar os locais de danos à rede elétrica, são utilizadas as propriedades do capacitor.
Mais aplicativos
Além disso, este termo pode ser ouvido pelos trabalhadores ferroviários. Por que eles precisam de capacitores? Em locomotivas elétricas e locomotivas a diesel, esses dispositivos são utilizados para reduzir a centelha dos contatos dos dispositivos elétricos, suavizar a corrente pulsante gerada pelos retificadores edisjuntores, bem como para criar uma geração de uma tensão senoidal simétrica usada para alimentar motores elétricos.
No entanto, esta palavra é mais frequentemente ouvida dos lábios de um radioamador. Por que ele precisa de capacitores? Na engenharia de rádio, eles são usados para criar oscilações eletromagnéticas de alta frequência, fazem parte de filtros de suavização, fontes de alimentação, amplificadores e placas de circuito impresso.
No porta-luvas de todo motorista você pode encontrar alguns desses aparelhos elétricos. Por que os capacitores são necessários em um carro? Lá eles são usados nos equipamentos de amplificação de sistemas acústicos para reprodução de som de alta qualidade.
