Usando um capacitor como resistência

capacitor como um resistor de amortecimento

Sabe-se que um capacitor instalado em um circuito alternativo possui uma resistência dependente da freqüência e é chamado de reativo. Usando um capacitor como resistência   também permite extinguir a tensão excessiva da rede, e a potência da reatância não é liberada, o que é uma grande vantagem do capacitor em frente ao resistor de extinção. Desde cálculo da resistência do capacitor à corrente alternada , respectivamente, e a impedância Z do circuito composta por uma carga conectada em série com uma resistência ativa Rn e um capacitor com uma reatância Xc é igual a

então direto cálculo da capacitância do capacitor de extinção   bastante complicado. Para determinar o valor do capacitor usado como um resistor de extinção, é mais fácil usar o nomograma mostrado na figura. No nomograma ao longo do eixo das abcissas, as resistências Rn são traçadas em kOhm, ao longo do eixo das ordenadas é a capacitância C dos capacitores extintos em uF e ao longo do eixo desenhado em um ângulo de 45 ° para o eixo das abscisas, as impedâncias Z do circuito em kOhm.

Para usar o nomograma, primeiro você precisa determinar o Rn e Z pela lei de Ohm ou pela fórmula de poder. Na abcissa do nomograma, encontre o valor calculado de Rn e desenhe uma linha vertical paralela à ordenada a partir deste ponto. Então, um determinado valor de Z é procurado no eixo inclinado. Um arco é desenhado a partir do ponto de origem através do ponto Z, que deve cruzar a linha desenhada paralelamente ao eixo das ordenadas. Do ponto de intersecção, é desenhada uma linha paralela ao eixo das abcissas. O ponto em que esta linha atende ao eixo das ordenadas indicará a capacitância necessária do capacitor de extinção.

Exemplo 1. Determine a capacitância do capacitor, que deve ser conectado em série com o ferro elétrico elétrico 127 V, 25 W, de modo que ele possa ser conectado a uma rede de corrente alternada com uma tensão de 220 V.

Encontramos Rn:

onde U é a tensão à qual a solda é projetada, P é a potência do ferro de solda.

Para determinar Z, é necessário conhecer a corrente que eu flui no circuito:

Então Z é igual a:

Como encontrar a capacitância do capacitor de extinção, usando os dados preliminares calculados, é mostrado no nomograma em linhas em negrito.

Exemplo 2. Um retificador de ponte clássico (Figura 2)   com uma tensão de saída Uout = 18 V e uma corrente de carga In = 20 mA, é necessário alimentar a partir de uma fonte de alimentação de 127 V. Encontre a capacidade do capacitor C1, que deve ser conectada em série com o retificador para extinguir o excesso de tensão.

Determine a resistência de carga.

Objetivo do experimento:   Demonstrar a dependência da resistência do capacitor no circuito de CA em sua capacitância e freqüência de variação de tensão.
Equipamento :

Figura 1

Os alunos estão conscientes de que a corrente contínua não pode fluir através do capacitor. (Ao conectar o capacitor à fonte DC no circuito, apenas a corrente de carga flui por um tempo limitado). Portanto, a experiência deve começar com a demonstração da possibilidade de uma corrente alternada fluindo através do circuito que contém o capacitor. Para fazer isso, monte um circuito elétrico, cujo circuito é mostrado na Fig. 1. Capacitores de capacitância 18,8 uF   e a lâmpada está conectada em série, e o brilho da lâmpada significa a presença de uma corrente no circuito. A energia é fornecida pelo gerador do sinal sinusoidal, que, como a fonte DC nos experimentos anteriores, está conectado através do módulo para conectar a fonte de energia.

Ajuste a frequência do oscilador para aproximadamente igual 5 kHz , feche a chave e aumente suavemente a amplitude do sinal de saída do gerador até que a lâmpada comece a queimar bem o suficiente. Demonstrando o fluxo de corrente alternada no circuito que contém o capacitor, você pode proceder a um estudo mais detalhado sobre esse fenômeno.

Mude o circuito elétrico montado de acordo com a Fig. 2. Agora, o capacitor está conectado diretamente à fonte de tensão alternada, a corrente que circula por ele é gravada por um miliamperímetro digital e a tensão aplicada ao capacitor é medida por um voltímetro digital.

O alto-falante serve para determinar por orelha a mudança na freqüência da tensão de alimentação.

Figura 2
Um resistor variável, conectado em série com o alto-falante, é usado para ajustar o volume do som.

Defina a frequência no oscilador 20 Hz   e perto do nível máximo do sinal de saída. Feche a chave e preste atenção dos alunos às leituras dos dispositivos de medição. Peça aos alunos para calcular a resistência do capacitor com base nos dados experimentais. Aumenta gradualmente a freqüência do gerador, ao mesmo tempo que demonstra o crescimento da corrente que flui através do capacitor com tensão praticamente inalterada em seus terminais e altera a freqüência do som do alto-falante. Observe as leituras do miliamperímetro digital e, logo que a corrente no circuito exceda 900 mA , pare de aumentar a freqüência de saída do gerador. Informe aos alunos o valor aproximado da frequência do gerador e peça-lhes para determinar a resistência do capacitor novamente. Compare os valores de resistência obtidos pelos alunos e, levando em consideração a natureza da mudança atual durante o experimento, desenhe uma conclusão sobre a relação inversa da resistência capacitiva à freqüência da tensão alternada.

Para mostrar a dependência da resistência capacitiva na capacitância do capacitor, feche a chave e, mais uma vez, demonstre o modo de operação do circuito elétrico obtido no final da experiência anterior. Em seguida, substitua o capacitor 18,8 uF   capacitância capacitor 4,7 uF . A corrente no circuito irá então cair por um fator de 4, o que, se a tensão aplicada permanecer inalterada, significa que a resistência do capacitor aumentou 4 vezes. Note aos estudantes que a capacitância dos capacitores 18,8 uF   e 4,7 uF   também diferem 4 vezes e desenham uma conclusão sobre a dependência inversamente proporcional da resistência capacitiva na freqüência.

Figura 3
Na conclusão deste experimento, é útil estudar com os alunos o que acontece em um circuito elétrico contendo uma lâmpada conectada em série e um capacitor (Figura 1) com uma alteração na freqüência da tensão aplicada a ele. Para fazer isso, inclua um miliamperímetro digital (figura 3) neste circuito e prepare um voltímetro digital para medir a tensão nos vários elementos. O capacitor deve estar conectado ao circuito em 18,8 uF .

A resistência do filamento de uma lâmpada depende essencialmente da força da corrente que a atravessa. Se a lâmpada estiver queimando em pleno calor, então a resistência é 14 Ohm , mas esse valor pode tornar-se 10 vezes menor com a corrente decrescente fluindo através dele. Nesta experiência, em baixas freqüências, a resistência do capacitor é grande, a corrente no circuito é pequena, a resistência da lâmpada é variada OM e praticamente toda a tensão aplicada ao circuito é aplicada ao capacitor. Na região de alta freqüência, a resistência do capacitor diminui para vários décimos de fração Ohm , e todo o estresse exercido pelo aplicado à lâmpada, cuja resistência se torna mais 10 Ohm . Assim, quando a frequência do oscilador muda de 30 Hz   até 5 kHz   a resistência do capacitor diminui em mais de 100 vezes e a resistência da lâmpada aumenta cerca de 10 vezes.

Feche a chave e mostre aos alunos como a tensão cai no capacitor e a mudança da lâmpada à medida que a freqüência aumenta. 30 Hz   até 5 kHz . Faça comentários apropriados e explique por que, a partir de um determinado valor de freqüência, a corrente no circuito permanece praticamente inalterada.

Figura 4
Você também pode demonstrar aos alunos um efeito mais associado à queima da lâmpada em um circuito alternativo. Monte o circuito elétrico no qual a lâmpada eo miliametro estão conectados em série (Figura 4). Defina a frequência do oscilador 5 kHz   e o nível do sinal correspondente ao modo de queima normal da lâmpada. Depois disso, reduza suavemente a frequência do sinal de saída do gerador, demonstrando a constância da corrente no circuito elétrico montado e a tensão na lâmpada, bem como a invariabilidade do brilho da lâmpada até a freqüência 30 Hz . Com uma frequência inferior a 20 Hz   a mudança no brilho da lâmpada torna-se perceptível durante cada período de oscilação de acordo com a mudança na magnitude da tensão aplicada ao circuito. Observe que as leituras de um voltímetro digital e um amperímetro nesta faixa de freqüência podem não estar corretas, uma vez que a faixa de operação dos instrumentos utilizados começa a partir de 15Hz .

O poder reativo é uma quantidade que caracteriza as cargas criadas por várias oscilações de campos eletromagnéticos, que ocorrem em circuitos com capacitores e indutâncias. E, na sua essência, é a energia que passa da fonte de energia para o consumidor (carga), e depois volta por esses componentes reativos durante um meio ciclo.

Existem consumidores de energia elétrica, que criam uma carga puramente ativa. Estes incluem vários elementos de aquecimento, adolescentes, lâmpadas incandescentes e similares. Esses consumidores não conseguem gerar campos eletromagnéticos significativos. Mas outros consumidores são capazes de gerar uma carga reativa. Ou seja, crie fortes campos eletromagnéticos. Os principais representantes deste grupo podem ser considerados dispositivos que possuem em seus circuitos de alimentação capacitores e bobinas de indutância. Como já sabemos, e de diferentes maneiras afetam a quantidade de potência reativa que aparece no circuito elétrico.

Então, se aplicarmos corrente e tensão ao indutor com mudança de fase zero, então, na saída do circuito, vemos o atraso atual por trás da tensão. Mas se você aplicar o mesmo ao capacitor, então, na saída, iremos à frente da corrente com tensão. Para uma compreensão do processo, veja a figura, que mostra esquematicamente o avanço atual da tensão na natureza capacitiva da carga.

Essas propriedades de cargas reativas são usadas para ajustar o nível de tensão na rede, compensando cargas capacitivas de grande indutância e vice-versa de capacitância grande - indutância.

o poder reativo é calculado pelas seguintes fórmulas:

Onde, x -, Eu   e U   - corrente e tensão que circulam no circuito, sinφ   - fator de potência reativa

A unidade de medida do poder reativo de acordo com SI, é o volt-ampere reativo - VAR

A natureza das perdas em circuitos elétricos com componentes reativos pode ser vista a partir dos gráficos nas figuras abaixo:

Se não houver um componente ativo na carga, o deslocamento de fase entre corrente e tensão será de 90 °. No momento inicial, quando o nível de tensão é máximo, a corrente tenderá a zero, portanto, o valor de energia instantâneo UI   neste momento será zero. Durante o primeiro ¼ período, a potência pode ser visualizada no gráfico como um produto UI   (corrente e tensão), que se torna zero no valor atual da tensão máxima e zero.

No próximo ¼ período, UI   ficará na área de coordenadas negativas, portanto, a energia retornará à fonte de energia. O mesmo ocorrerá no meio-ciclo atual negativo. Como resultado, o consumo de energia médio (ativo) P média   pelo período será zero.

Neste caso, o poder reativo, de acordo com a fórmula acima, tende a zero. O consumo de energia é igual ao produto da corrente e da tensão, a potência total será igual somente à potência ativa. O fator de poder será a unidade ( P / S = 1).

considerar o caso de igualdade de resistências reativas e ativas na carga, ou seja, a mudança de fase entre a corrente e a tensão em 45 °.

Neste caso: Q = U × I × sin45 ° = 0,71 × U × I. Fator de potência = 0,71

Como você provavelmente notou, o poder reativo geralmente tem um impacto negativo, em relação ao qual, é necessária a compensação.

Para os filtros utilizados nas empresas, os condensadores com uma grande potência da unidade (75 - 100 kvar e mais) são usados ​​com uma tensão correspondente à tensão nominal da rede. Para tensões acima de 15 kV, são utilizados capacitores de série com menor tensão nominal.

Uma característica deste circuito é um ligeiro aumento de comprimento devido à mudança seqüencial do capacitor de sintonia.

O exame das curvas mostra que as tensões reversas nas válvulas durante a operação de circuitos com comutação artificial de fase única no modo conversor-compensador podem atingir um valor considerável. Deve-se notar, no entanto, a peculiaridade do circuito de ponte com a inclusão seqüencial de capacitores, na qual a tensão nas válvulas nos valores da potência reativa gerada próxima ao mínimo, são pequenas e até mesmo significativamente menores do que no circuito sem comutação artificial.

Um circuito AC que contém auto-indução e capacitância. O circuito de CA, em contraste com o circuito DC, permite que o capacitor seja conectado em série.

Com um sistema co-atual, algumas vezes a água é reutilizada para reduzir a produtividade da estação de bombeamento da costa e o consumo de energia para suas próprias necessidades. Em alguns casos, quando há água insuficiente no rio e em suas baixas temperaturas, um esquema de comutação seqüencial de capacitores pode ser aplicado, usando água residual de uma unidade para esfriar a segunda.

Se, no entanto, as resistências entre as placas (resistência à fuga) são de magnitude finita, as tensões do capacitor serão proporcionais à sua resistência à vazamento. Portanto, quando os capacitores são conectados em série, eles são desviados por resistências externas, de modo que as tensões sobre eles são determinadas pelos valores dessas resistências e não por valores aleatórios de resistência a vazamentos.

Na Fig. 1 - 14 6 mostra-se a inclusão paralela de elementos elásticos. Aqui, todos os elementos são igualmente deformados e as forças aplicadas aos elementos são adicionadas em conjunto. No sistema I de análogos, é necessária uma conexão serial de capacitores, e no segundo sistema, é necessária uma conexão paralela de indutâncias.

Esse método de redução da resistência reativa em redes elétricas foi chamado de compensação longitudinal, e a instalação de capacitores conectados em série à dissecção de cada um dos fios da linha foi chamada instalações PEC ou CPC. Quando a resistência indutiva da linha é igual à resistência capacitiva dos capacitores, a magnitude da perda de tensão na rede é determinada apenas pela sua resistência ativa. A inclusão sequencial de capacitores na rede para obter uma sobretaxa de tensão é aconselhável em fatores de potência relativamente baixos e em redes com seções transversais de fio relativamente grandes, uma vez que, para secções transversais de fio pequeno, a perda de tensão na linha é determinada principalmente pela sua resistência ativa e a inclusão de capacitores terá pouco efeito na magnitude dos desvios de tensão o consumidor.

Eles são projetados para medir a diferença de potencial principalmente em alta tensão. Consistem em um sistema de placas fixas e móveis conectadas com uma seta. Eles são baseados em atração ou repulsão entre chapas carregadas e fixas carregadas. A ampliação dos limites de medição é conseguida através da mudança consecutiva de um capacitor ou ramo com uma grande resistência à indução. O consumo intrínseco é igual a zero na corrente contínua e é realmente zero na corrente alternada.

Uma pesquisa muito completa sobre os circuitos com capacitores nos circuitos de energia dos conversores é realizada. O trabalho desses autores refere-se principalmente à compensação de energia reativa nas subestações de conversão das linhas de transmissão DC. Esses autores estudaram em detalhes os esquemas com uma freqüência única e tripla da tensão do capacitor aplicada aos conversores de pontes. Nos trabalhos de LR Neumann e SR Glinternik, a questão de aumentar a estabilidade do inversor com a inclusão sucessiva de capacitores em seu circuito de potência foi investigada.

Ao contrário de outros circuitos com uma grande constante de tempo, a célula de filtro no circuito coletor causa um aumento no vértice plano do pulso. Existem outras possibilidades para obter o aumento do vértice de pulso para corrigir a recessão. Em particular, quando se usa um circuito com retorno de tensão negativa paralelo, o efeito de levantar um vértice plano de um pulso é conseguido ao mudar o capacitor de forma consecutiva para um loop de feedback.