Capacitores ca, Notas de estudo de Eletromecânica

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Eletrônica Eletrônica básica - Teoria

Capacitores em CA

Capacitores em CA

© SENAI-SP, 2003

Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila homônima Capacitores em CA - Teoria. SENAI - DN, RJ, 1985.

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Introdução

Em CC um capacitor atua como um armazenador de energia elétrica.

Em CA, contudo, o comportamento do capacitor é completamente diferente, devido a troca de polaridade da fonte.

Esta unidade, que tratará do capacitor em CA e associação de capacitores, foi elaborado visando capacitá-lo a utilizar corretamente o capacitor e suas associações em circuitos de CA.

Pré-requisitos

Para ter sucesso no desenvolvimento dos conteúdos e atividades desta unidade você já deverá ter conhecimentos relativos a:

• Corrente alternada;
• Capacitores.

Comportamento do capacitor

em CA

Os capacitores despolarizados podem funcionar em corrente alternada, devido ao fato de que cada uma das suas armaduras pode receber tanto potencial positivo como negativo.

Os capacitores despolarizados podem ser ligados em CA.

Os capacitores polarizados não podem ser conectados a CA porque a troca de polaridade provoca danos ao componente.

Funcionamento do capacitor em CA

Quando um capacitor é conectado a uma fonte de corrente alternada a troca sucessiva de polaridade da tensão está aplicada às armaduras do capacitor.

A cada semiciclo, a armadura que recebe potencial positivo entrega elétrons a fonte, enquanto a armadura que está ligada ao potencial negativo recebe elétrons.

Com a troca sucessiva de polaridade, uma mesma armadura durante um semi ciclo recebe elétrons da fonte e no outro devolve elétrons para a fonte.

Existe, portanto, um movimento de elétrons ora entrando, ora saindo da armadura.

Isso significa que circula uma corrente alternada no circuito, embora as cargas elétricas não passem de uma armadura do capacitor para a outra através do dielétrico. Um capacitor ligado a uma fonte CA permite a circulação da corrente no circuito.

Reatância capacitiva

Os processos de carga e descarga sucessivas de um capacitor ligado em CA dá origem a uma resistência a passagem de corrente no circuito. Esta “resistência” é denominada de reatância capacitiva.

Reatância capacitiva é a oposição que um capacitor apresenta a circulação de corrente em circuitos de CA.

Fatores que influenciam na reatância capacitiva

Verifica-se através da equação que: A reatância capacitiva de um capacitor depende apenas da sua capacitância e da freqüência da rede CA.

O gráfico a seguir mostra o comportamento da reatância capacitiva com a variação da freqüência da CA

Pelo gráfico se verifica que a reatância capacitiva diminui com o aumento da freqüência.

F ↑ X (^) C ↓

No gráfico abaixo têm-se o comportamento da reatância capacitiva com a variação da capacitância.

Se observa que a reatância capacitiva diminui com o aumento da capacitância.

C ↑ X (^) C ↓

Na equação da reatância não aparece o valor da tensão. Isto significa que a reatância capacitiva é independente do valor de tensão CA aplicada ao capacitor.

Portanto: A reatância capacitiva não depende do valor de tensão CA aplicado aos terminais do capacitor.

A tensão aplicada ao capacitor irá influenciar apenas na corrente circulante no circuito.

Tensão entre tensão CA, corrente CA e reatância capacitiva

Quando um capacitor é conectado a uma fonte de CA se estabelece um circuito elétrico. Neste circuito estão em jogo três valores:

• Tensão aplicada
• Reatância capacitiva
• Corrente circulante

Estes três valores estão relacionados entre si nos circuitos de CA da mesma forma que nos circuitos de CC: Através da Lei de Ohm.

Onde: Vc = Tensão no capacitor em V I = Corrente no circuito (eficaz) em A Xc = Reatância capacitiva e Ω

Aplica-se o capacitor a uma fonte CA com tensão e freqüência conhecidos e determina-se a corrente com um amperímetro de CA.

O valor de tensão de pico da CA aplicada deve ser inferior a tensão de trabalho do capacitor.

Conhecendo-se os valores da tensão e corrente no circuito determina-se a reatância capacitiva do capacitor:

c Xc Vc = I

Onde: Vc = Tensão no capacitor Ic = Corrente no capacitor

Utilizando os valores disponíveis determina-se a capacitância:

2 .f.C Xc^106 = (^) π isolando C (^2) .f.Xc C^106 ( μF) = π

Este processo também pode ser utilizado para determinação da capacitância de uma associação de capacitores, desde que sejam despolarizados.

Capacitância total da associação paralela

A capacitância total da associação paralela é a soma das capacitâncias individuais.

Matematicamente, a capacitância total de uma associação paralela é dada pela equação: C (^) T = C 1 +C 2 +C+Cn

Onde: CT = Capacitância total da associação C 1 = Capacitância de C C 2 = Capacitância de C Cn = Capacitância do capacitor em n

Para executar a soma, todos os valores devem ser convertidos para a mesma unidade.

Exemplo Qual a capacitância total da associação paralela dos capacitores mostradas a seguir.

C (^) T = 0,057 F ou CT = 57nF

= μ + μ

μ

C 0 , 01 F 0 , 047 F

C C C

T

T 1 2

C (^) T = 1727 μ F

= μ + μ + μ

C 1 F 0 , 047 F 0 , 68 F

C C C C

T

T 1 2 3

Tensão de trabalho da associação paralela

Todos os capacitores associados em paralelo recebem a mesma tensão aplicada ao conjunto.

Vc 10 V

Vc 10 V

Vc 10 V

3

2

1

=

Assim, a máxima tensão que pode ser aplicada a uma associação paralela é a daquele capacitor que tem menor tensão de trabalho.

Exemplo Qual a máxima tensão que pode ser aplicada nas associações apresentadas na figura a seguir?

É importante lembrar ainda dois aspectos:

• Deve-se evitar aplicar sobre um capacitor a tensão máxima que este suporta.
• Em CA, a tensão máxima é a tensão de pico. Um capacitor com tensão de trabalho de 100V pode ser aplicado a uma tensão eficaz máxima de 70V (70V eficazes correspondem a uma tensão CA com pico de 100V).

Capacitância da associação série

Quando se associam capacitores em série a capacitância total é menor que o valor do menor capacitor associado.

A capacitância total de uma associação série é dada pela equação:

Cn

C

C

C^1

1 2

T

Onde: CT = Capacitância total da associação C 1 = Capacitância de C 1 C 2 = Capacitância de C 2 Cn = Capacitância de Cn

Esta equação pode ser desenvolvida (como a equação para RT de resistores em paralelo) para duas situações particulares:

• Associação série de dois capacitores

1 2

1 2 T (^) C C

C xC C

Onde: CT = Capacitância total da associação C 1 = Capacitância de C 1 C 2 = Capacitância de C 2

• Associação série de “n” capacitores do mesmo valor n

C C

T =

Onde: CT = Capacitância da associação C = Capacitância de um dos capacitores n = Número de capacitores associados

Para a utilização das equações todos os valores da capacitância devem ser convertidos para a mesma unidade.

A seguir são apresentados exemplos de aplicação das equações.

C (^) T 0 , 059 μ F

17

1 10 5 2 C^1

0 , 5

1 0 , 2

1 0 , 1

1

1 C

1 C

1 C

1 C^1

T

1 2 3

T

=

= + + =

=

=

C (^) T = 0 , 33 μ F

=

= + = +

1 , 5 C^0 ,^5

1 0 , 5

1 x 0 , 5 C C

C xC C

T

1 2 T^12

C (^) T = 60pF

C (^) T = Cn =^1803 pF