Condensateurs Vs. Résistances

Les condensateurs ne se comportent pas de la même manière que les résistances. Alors que les résistances permettent un flux d’électrons à travers elles directement proportionnel à la chute de tension, les condensateurs s’opposent aux changements de tension en puisant ou en fournissant du courant lorsqu’ils se chargent ou se déchargent vers le nouveau niveau de tension.

Le flux d’électrons « à travers” un condensateur est directement proportionnel au taux de variation de la tension aux bornes du condensateur. Cette opposition au changement de tension est une autre forme de réactance, mais qui est précisément opposée à celle présentée par les inducteurs.

Caractéristiques du circuit du condensateur

Exprimée mathématiquement, la relation entre le courant « traversant” le condensateur et le taux de variation de tension aux bornes du condensateur est en tant que telle:

L’expression de/dt est une de calcul, c’est-à-dire la vitesse de variation de la tension instantanée (e) dans le temps, en volts par seconde. La capacité (C) est en Farads, et le courant instantané (i), bien entendu, est en ampères.

Parfois, vous trouverez le taux de variation instantanée de la tension dans le temps exprimé en dv / dt au lieu de de / dt: en utilisant la lettre minuscule « v” à la place ou « e” pour représenter la tension, mais cela signifie exactement la même chose. Pour montrer ce qui se passe avec le courant alternatif, analysons un circuit de condensateur simple:

Circuit capacitif pur: la tension du condensateur accuse un retard de 90 ° sur le courant du condensateur

Si nous devions tracer le courant et la tension pour ce circuit très simple, cela ressemblerait à ceci:

Formes d’onde de circuit capacitif pur.

Rappelez-vous, le courant traversant un condensateur est une réaction contre le changement de tension aux bornes de celui-ci.

Par conséquent, le courant instantané est nul chaque fois que la tension instantanée est à un pic (changement de zéro, ou pente de niveau, sur l’onde sinusoïdale de tension), et le courant instantané est à un pic partout où la tension instantanée est à un changement maximum (les points de pente la plus forte sur l’onde de tension, où elle franchit la ligne zéro).

Il en résulte une onde de tension qui est déphasée de -90° par rapport à l’onde de courant. En regardant le graphique, l’onde de courant semble avoir une « longueur d’avance” sur l’onde de tension; le courant « conduit” la tension et la tension « est en retard” par rapport au courant.

La tension accuse un retard de courant de 90° dans un circuit capacitif pur.

Comme vous l’avez peut-être deviné, la même onde de puissance inhabituelle que celle que nous avons vue avec le circuit à induction simple est également présente dans le circuit à condensateur simple:

Dans un circuit capacitif pur, la puissance instantanée peut être positive ou négative.

Comme avec le circuit inductif simple, le déphasage de 90 degrés entre la tension et le courant se traduit par une onde de puissance qui alterne également entre positif et négatif. Cela signifie qu’un condensateur ne dissipe pas la puissance car il réagit contre les changements de tension; il absorbe et libère simplement de la puissance, alternativement.

Réactance d’un condensateur

L’opposition d’un condensateur au changement de tension se traduit par une opposition à la tension alternative en général, qui est par définition toujours changeante en amplitude et en direction instantanées.

Pour une amplitude donnée de tension alternative à une fréquence donnée, un condensateur de taille donnée « conduira » une certaine amplitude de courant alternatif.

Tout comme le courant traversant une résistance est fonction de la tension aux bornes de la résistance et de la résistance offerte par la résistance, le courant alternatif traversant un condensateur est fonction de la tension alternative aux bornes de celle-ci et de la réactance offerte par le condensateur.

Comme pour les inductances, la réactance d’un condensateur est exprimée en ohms et symbolisée par la lettre X (ou XC pour être plus précis).

Étant donné que les condensateurs « conduisent » le courant proportionnellement au taux de changement de tension, ils passeront plus de courant pour des tensions à changement plus rapide (car ils se chargent et se déchargent sur les mêmes pics de tension en moins de temps), et moins de courant pour des tensions à changement plus lent.

Cela signifie que la réactance en ohms pour tout condensateur est inversement proportionnelle à la fréquence du courant alternatif.

Réactance d’un condensateur de 100 uF:

Veuillez noter que la relation entre la réactance capacitive et la fréquence est exactement opposée à celle de la réactance inductive.

La réactance capacitive (en ohms) diminue avec l’augmentation de la fréquence alternative. Inversement, la réactance inductive (en ohms) augmente avec l’augmentation de la fréquence alternative. Les inducteurs s’opposent aux courants changeants plus rapides en produisant de plus grandes chutes de tension; les condensateurs s’opposent aux chutes de tension changeantes plus rapides en permettant des courants plus importants.

Comme pour les inducteurs, le terme 2nf de l’équation de réactance peut être remplacé par la lettre grecque minuscule Omega (ω), appelée vitesse angulaire du circuit alternatif. Ainsi, l’équation XC = 1/ (2nfC) pourrait également s’écrire comme XC = 1/ (wC), avec ω coulé en unités de radians par seconde.

Le courant alternatif dans un circuit capacitif simple est égal à la tension (en volts) divisée par la réactance capacitive (en ohms), tout comme le courant alternatif ou continu dans un circuit résistif simple est égal à la tension (en volts) divisée par la résistance (en ohms). Le circuit suivant illustre cette relation mathématique par exemple :

Réactance capacitive.

Cependant, nous devons garder à l’esprit que la tension et le courant ne sont pas en phase ici. Comme cela a été montré précédemment, le courant présente un déphasage de +90° par rapport à la tension. Si nous représentons mathématiquement ces angles de phase de tension et de courant, nous pouvons calculer l’angle de phase de l’opposition réactive du condensateur au courant.

La tension accuse un retard de courant de 90° dans un condensateur.

Mathématiquement, on dit que l’angle de phase de l’opposition d’un condensateur au courant est de -90°, ce qui signifie que l’opposition d’un condensateur au courant est une quantité imaginaire négative. (Voir figure ci-dessus.) Cet angle de phase d’opposition réactive au courant devient d’une importance critique dans l’analyse de circuits, en particulier pour les circuits CA complexes où la réactance et la résistance interagissent.

Il s’avérera avantageux de représenter l’opposition de n’importe quel composant au courant en termes de nombres complexes, et pas seulement de quantités scalaires de résistance et de réactance.

AVIS:

• La réactance capacitive est l’opposition qu’un condensateur offre au courant alternatif en raison de son stockage déphasé et de sa libération d’énergie dans son champ électrique. La réactance est symbolisée par la lettre majuscule « X » et est mesurée en ohms tout comme la résistance (R).
• La réactance capacitive peut être calculée en utilisant cette formule: XC = 1 / (2nfC)
• La réactance capacitive diminue avec l’augmentation de la fréquence. En d’autres termes, plus la fréquence est élevée, moins elle s’oppose (plus elle « conduit”) au courant alternatif.

FEUILLES DE TRAVAIL CONNEXES:

• Feuille de calcul des condensateurs