CAPACITORES [ ] [ ] DISPOSITIVOS ELECTRONICOS F C = EL CAPACITOR COMO COMPONENTE ELECTRÓNICO. C = f (A; d; K)

Transcripción

1 DISPOSITIVOS ELECTRONICOS EL CAPACITOR COMO COMPONENTE ELECTRÓNICO Un capacitor es esencialmente un arreglo de dos conductores separados por un dieléctrico. Se define: La capacitancia (o capacidad) a la relación: [ ] [ ] Q Coul C [ F] = V Volts Universidad Nacional de Misiones Mgter. Ing. Victor Hugo Kurtz 2017 Fi-UNaM 2 Armadura (electrodo) Dieléctrico Para dos placas paralelas (donde A>>d) La capacidad es función de: A = El área de las placas. d = Distancia que las separa (inversa). K = Constante dieléctrica (es función del material del dieléctrico). > Armadura (electrodo) Dieléctrico C = f (A; d; K) En unidades del sistema ESEGS 2 K A [ ] [ cm ] F C = 11,31 d [ cm] La capacidad es directamente proporcional a la constante dieléctrica K y al área de las placas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. > Fi-UNaM Fi-UNaM 4 C K A d K es función de: Temperatura. La tensión. El símbolo del capacitor, según normas DIN e IRAM es: Existen otros símbolos como: Frecuencia. La constante dieléctrica K depende del material del dieléctrico Fi-UNaM Fi-UNaM 6

2 ELECTROLITICOS (POLARIZADOS) 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 8 ELECTROLITICOS (POLARIZADOS) Los (condensadores) ELECTROLITICOS de aluminio se construyen a partir de dos tiras de aluminio, una de las cuales está cubierta de una capa aislante de óxido, y un papel empapado en electrolito entre ellas. La tira aislada por el óxido es el ánodo, mientras el líquido electrolito y la segunda tira actúan como cátodo. > ELECTROLITICOS (POLARIZADOS) los capacitores electrolíticos se han desarrollado para lograr grandes capacidades en dimensiones físicas reducidas. Cuando se fabrica el capacitor electrolítico, se arrollan dos láminas de aluminio, separadas por un papel absorbente impregnado con el electrolito. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 10 ELECTROLITICOS (POLARIZADOS) ELECTROLITICOS (POLARIZADOS) 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 12

3 DE TANTALIO CERAMICOS 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 14 CERAMICOS MULTICAPA POLIESTER 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 16 POLIESTER POLIESTER 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 18

4 POLIESTER POLIESTER MULTICAPA 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 20 POLIESTER POLIESTER 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 22 POLIESTER POLIESTER MULTICAPA 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 24

5 POLIESTER CARÁCTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS Principales Características Valor capacitivo. Tolerancia. Tensión máxima de trabajo. Coeficiente de temperatura. Tangente de delta 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 26 Valor Capacitivo La capacitancia o capacidad se mide en Faradio [F]. Como el faradio es una unidad excesivamente grande, por lo que en la práctica se usan los sub-múltiplos: Microfaradio. Nanofaradio. Picofaradio. > Conversiones Micro Faradio 1 μf o MF = 10-6 F Nano Faradio 1 nf = ó 10-9 F F F Pico Faradio F 1pF= F > Fi-UNaM Fi-UNaM 28 Indicación de Capacitores Indicación de Capacitores Color 1ra y 2da banda 3era banda Tolerancia Tensión 1era y 2da cifra significativa Factor multiplicador para C > 10 pf para C < 10 pf Negro X 1 + / - 20% + / - 1 pf Marrón 1 X 10 + / - 1% + / pf 100 V Rojo 2 X / - 2% + / pf 250 V Naranja 3 X 10 3 Amarillo 4 X V Verde 5 X / - 5% + / pf Azul 6 X V Violeta 7 Gris 8 Blanco 9 + / - 10% TECNO. ELECTRONICAS Y DISPO. y ELECTRONICOS DISPOSITIVOS 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 29 TECNO. ELECTRONICAS Y DISPO. y ELECTRONICOS DISPOSITIVOS 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 30

6 Indicación de Capacitores Valores Normalizados E3, 6 y 12 TECNO. ELECTRONICAS Y DISPO. y ELECTRONICOS DISPOSITIVOS 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 31 TECNO. ELECTRONICAS Y DISPO. y ELECTRONICOS DISPOSITIVOS 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 32 Tolerancia. La tolerancia es la dispersión que presenta el valor nomina del componente y se expresa en % ±. (tanto por ciento). Ejemplo de una tolerancia del ± 20% Valor nominal Tolerancia - Tolerancia Asimétrica En capacitores del tipo electrolítico la tolerancia negativa puede diferir de la positiva, Ej. 10% +50%., esto es, no se simétrica, respecto del valor nominal. Valor nominal -10% +50% Fi-UNaM Fi-UNaM 34 Tolerancia Gama de Tolerancia de los Capacitores Tipo de Capacitor Gama de Tolerancia Mica 0,5 % a 20 % Papel 5 %; 10%; 20% Poliestireno (Styroflex) ± 1 pf (< 50 pf) 2,5 %; 5 %; 10% Película de poliéster 5 %; 10%; 20% Poliéster metalizado 5 %; 10%; 20% Policarbonato metalizado 5 %; 10%; 20% Cerámico (Grupo I) 5 %; 10%; 20% Cerámico (Grupo II) Electrolítico de aluminio Electrolíticos de tantalio ( %) ( %) ± 20 % ( %) ( %) ( %) ( %) ( %) ± 20 % % 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 36

7 TENSIONES Tensión máxima de trabajo: También denominada tensión nominal o tensión de servicio. Es el valor máximo de tensión admisible en los terminales del capacitor. V m áx 2 V ef TENSIONES Tensión de prueba: La tensión de prueba, es mayor que la nominal. Si la tensión aplicada sobrepasa a la tensión de prueba puede ocurrir que se perfore el dieléctrico. La perforación del dieléctrico produce un corto circuito entre sus armaduras Existen capacitores denominados, Autoregenerativo: Son aquellos que se regeneran (cicatrizan) luego de una ruptura del dieléctrico. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 38 TENSIONES TENSIONES Tensión de prueba: (Continuación) La temperatura influye en la rigidez dieléctrica (disminuye la rigidez). Por cada 10ºC de temperatura por encima de la máxima admisible. Disminuye la vida útil del capacitor a la mitad. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 40 INDICACIONES Tipo de Capacitores Mica Capacitores Tipo Dieléctrico Armadura Mica Styroflex Poliestireno Aluminio Poliéster Poliéster Aluminio Aluminio o depósito de plata Gama de valores Gama de tensiones máximas de trabajo V CC 2 pf a 22 nf V 10 pf a 4,7 nf V 4,7 pf a 22 nf V 4,7 nf a 1, V 1 nf a 470 nf V Poliéster metalizado Poliéster 47 nf a 10 μf V Aluminio depositado al vacío 10 nf a 2,2 μf V 10 nf a 470nF V 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 42

8 Tipo de Capacitores Tipo de Capacitores Capacitores Tipo Dieléctrico Armadura Policarbonato metalizado Cerámico Grupo I Cerámico Grupo II Policarbonato Cerámica Titanato de bario Aluminio depositado al vacío Depósito de plata Depósito de plata Gama de valores Gama de tensiones máximas de trabajo V CC 47 nf a 10 μf V 10 nf a 2,2 μf V 10 nf a 470 nf V 0,56 pf a 560 pf V 0,47 pf a 330 pf V 4,7 nf a 470 nf V 220 pf a 22 nf V 100 pf a 10 nf V 470 pf a 10 nf 1000 V Capacitores Tipo Dieléctrico Armadura Electrolítico de aluminio Electrolítico de tantalio Óxido de aluminio Óxido de tantalio Aluminio Positivo: tantalio Negativo: metalizado Gama de valores 100 a μf 4 10 V 2,2 a 4700 μf V 0,47 a 2200 μf V 2,2 a 220 μf 200 a 450 V 2,2 a 100 μf 3 10 V 220 nf a 22 μf V Gama de tensiones máximas de trabajo V CC 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 44 Coeficiente de temperatura: La influencia de la temperatura sobre el dieléctrico de un capacitor, y por consiguiente sobre la capacidad del mismo, se expresa a través del Coeficiente de Temperatura (T k ). ΔC = T K C ΔT ΔC = Variación de la capacidad. ΔT k = Variación de la temperatura. C = Capacidad del capacitor a 20ºC (en pf) > Coeficiente de temperatura: Los materiales dieléctricos pueden poseer un coeficiente de temperatura Positivo la capacidad aumenta con la temperatura (PTC). Negativo la capacidad disminuye con la temperatura (NTC). Nulo > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 46 Coeficiente de temperatura de Capacitores TIPO Coeficiente de temperatura entre 20º y 35ºC. ( 0 / 00. Cº) Mica 0,1 0 / 00 Poliestireno (Styroflex) -0,15 0 / 00 Película de poliéster +0,3 0 / 00 Poliéster metalizado +0,3 0 / 00 Policarbonato metalizado +0,3 0 / 00 Electrolítico aluminio I +1 0 / 00 Electrolítico aluminio II +5 0 / 00 Coeficiente de temperatura de Capacitores En los capacitores denominados cerámicos se utiliza la notación: [ppm/ºc] (ppm partes por millón). P Positivo. N Negativo. NPO Nulo. > Electrolítico de tántalio +1 0 / Fi-UNaM Fi-UNaM 48

9 Coeficiente de temperatura de Capacitores Cerámicos Designación Coeficiente de temperatura P P PN 0 0 N N N N N N N N N Tangente de delta En los capacitores, además de las corrientes de carga, circula una pequeña corriente de fuga en fase con la tensión aplicada. Esta pérdida se debe a que el dieléctrico no es perfecto (la resistencia de aislamiento no es infinita) y equivale a poner en paralelo, al capacitor ideal, una resistencia pura. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 50 Tangente de delta Del circuito de un capacitor puro, en paralelo con un resistor puro, se obtiene la relación, denominada tangente de delta. I R I C Tangente de delta IR Corriente de fuga Por lo tanto tgδ = Caso ideal IR = 0 I I R C I R tg δ = = 0 I COEFICIENTE DE PÉRDIDA DE UN CAPACITOR tgδ C I C I R V El factor tgδ, es especificado por el fabricante para una cierta Frecuencia y temperatura. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 52 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACITANCIA Factor de potencia de los capacitores El factor de potencia de un capacitor al que se le aplica una tensión de alterna o continua pulsante, es la razón entre la potencia real disipada por el capacitor y la potencia reactiva que se le aplica. La potencia real disipada es la energía que se convierte en calor en: Los terminales. Los electrodos. El dieléctrico. > Factor de potencia de los capacitores El factor de potencia engloba todas las pérdidas en el capacitor. Las pérdidas por fuga en el dieléctrico Las pérdidas por absorción. Las pérdidas óhmicas en los conductores y electrodos. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 54

10 Perdida en los Capacitores Las pérdidas se pueden expresar (despreciando L) como: D 1 1 = = + ω R C Q ω R C 1 Q = factor de mérito. > 2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACITANCIA Efecto de la frecuencia Como los capacitores están arrollados, presentan una inductancia residual asociada con los terminales y electrodos. Circuito equivalente simplificado. L R 1 C R 2 C = capacitor geométrico R1 = chicotes y electrodos R2 = dieléctrico L = inductor chicotes y electrodo > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 56 Frecuencia de Autorresonancia La inductancia residual en serie con el capacitor, se comporta como un circuito resonante serie. Por debajo de la frecuencia de resonancia presenta una reactacia capacitiva. La resonancia se presenta cuando XL = XC > VARIABLES 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 58 VARIABLES VARIABLES 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 60

11 VARIABLES VARIABLES 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 62 VARIABLES VARIABLES 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 64 Sistema de Conexión PE Tipos X e Y 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 66

12 Sistema de Conexión PE Sistema de Conexión PE 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 68 X e Y X e Y En FILTROS EMI 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 70 X e Y X e Y Los capacitores que actúan en filtrado de línea se clasifican como tipo "X. Los capacitores de filtro que se conectan entre el vivo, F o Ph (fase) y tierra PE y los que se conectan entre N (neutro) y tierra PE, se clasifican como tipo Y. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 72

13 X Y En caso de falla de un capacitor X En caso de falla de un capacitor Y Si el capacitor "se abre", entonces será como si no estuviera. Esto no plantea ningún peligro para el usuario del equipo, pero no cumple su función. En caso que se ponga en corto, esto hará actuar la protección (fusible o disyuntor), sin posible riesgo para el usuario. > Si el capacitor "se abre", entonces será como si no estuviera. Esto no plantea ningún peligro para el usuario del equipo, pero no cumple su función. En caso que se ponga en corto, la línea queda directamente conectada a la tierra de protección (PE), esto es de alto riesgo para el usuario. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 74 Y En caso de falla de un capacitor Y En caso que se ponga en corto, la línea queda directamente conectada a la tierra de protección (PE), esto es de alto riesgo para el usuario. Los capacitores deben ser ensayados con las normas aplicables a cada región/país para calificar en su uso como Capacitores Y. Son especiales para que no queden en cortocircuito > X e Y 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 76 USO DE LOS USO DE LOS Filtros. Fuentes de alimentación. Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes. Filtro de corriente continúa. Baterías, por su condición de almacenar energía. Memorias, por la misma cualidad. > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 78

14 USO DE LOS (Cont.) Demodular AM, junto con un diodo. Osciladores de todos los tipos. El flash de las cámaras fotográficas. Tubos fluorescentes. Compensación del factor de potencia. Arranque de motores monofásicos de fase partida. Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión. > USO DE LOS (Cont.) Temporización. Base de tiempo. Almacenamiento de energía instantánea > 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 80 FIN 2017 Fi-UNaM Fi-UNaM 82