Factor de capacitancia y disipación

Un condensador es un dispositivo que tiene la capacidad de almacenar energía en su campo eléctrico. Por lo tanto, podemos decir que un condensador puede almacenar carga. Hay muchos tipos de condensadores, pero el condensador más básico es el condensador de placas paralelas. Consideraremos este condensador básico para tener una idea de los parámetros básicos pero importantes del condensador.

Un condensador de placas paralelas está hecho de dos placas separadas por cierta distancia. Supongamos que la separación entre las placas es d. Aplicamos un voltaje de CC a través de la placa paralela. ¿Qué pasará entonces?

Obviamente, las cargas comenzarán a acumularse en la placa y continuarán acumulándose hasta que la diferencia de potencial entre las placas sea igual al voltaje aplicado V. Digamos que la carga +Q se acumula en una placa y –Q en otra placa. Entonces matemáticamente podemos tener

Q = CV

Aquí el término C se conoce como Capacitancia.

¿La capacitancia depende del voltaje aplicado a través del capacitor?

Podrías responder que sí. Pero no es correcto. La capacitancia solo depende de la dimensión física, el dieléctrico y la geometría del capacitor. De hecho, el valor de la capacitancia para un condensador de placas paralelas se da como

C = E0ErA / d

Donde E0 = Permitividad del espacio libre.

Er = Permitividad relativa del dieléctrico.

d = Separación entre las placas.

A = área de la sección transversal de la placa

Entonces, de lo anterior, está bastante claro que la capacitancia depende solo de la dimensión, el dieléctrico y la geometría.

Un condensador encuentra mucho uso en ingeniería y tecnología eléctrica. El tamaño del condensador varía de muy pequeño a grande. La aplicación de condensadores va desde pequeños circuitos electrónicos hasta disyuntores de 765 kV como condensadores de clasificación. Por lo tanto, es muy importante que el condensador esté en estado puro, pero hablando honestamente, es mucho más difícil fabricar un condensador puro, ya que tiene cierta resistencia que causa pérdida óhmica. Por lo tanto, la medición de esta pérdida es muy necesaria. Surge la pregunta ¿cómo medimos esta pérdida? La respuesta es simple, midiendo el factor de disipación.

¿Qué es el factor de disipación?

Para responder a esta pregunta, necesitamos realizar un condensador real. Un condensador se puede realizar como una combinación en serie de una pequeña resistencia del medio dieléctrico y la capacitancia, como se muestra en la imagen a continuación.

Si dibujamos el diagrama fasorial, se verá como,

Si el condensador hubiera sido puro, habría tomado la corriente Ic con un ángulo de 90 grados, pero debido al componente resistivo del dieléctrico, la corriente neta consumida se desvía de los 90 grados en algún ángulo δ. Por lo tanto, este ángulo δ se llama Ángulo de pérdida. Del diagrama fasorial, es claro que

tanδ = Ir / Ic= Corriente de fuga capacitiva / Corriente de fuga resistiva.

Este tanδ también se llama Factor de disipación. ¿Por qué se llama factor de disipación? Sea paciente, llegará a saber más tarde en este tema.

Ahora, calcularemos el Factor de potencia del Condensador. Si el capacitor hubiera sido puro, entonces el PF habría sido Cos90 = 0, pero debido a algún componente resistivo, ya no será cero, sino que será algo cercano a cero, como 0.001.

CosØ = Cos(90-δ) = Sinδ

Como es el ángulo δ es muy pequeño, por lo tanto Sinδ ~ tanδ~δ

Por lo tanto, pérdida dieléctrica = VICosØ = VISinδ

= VIcSenδ/Cosδ

= VIctanδ

Por lo tanto, la pérdida dieléctrica es proporcional a tanδ. Es por eso que tanδ a menudo también se llama factor de disipación. Para un buen condensador, obviamente, el valor de tanδ debe ser muy inferior, ya que provocará menos pérdidas dieléctricas.

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En mi próxima publicación, aprenderá cómo medimos la capacitancia y el factor de disipación. Ten paciencia hasta entonces y sígueme. Gracias