Atunci când condensatoarele sunt conectate la o tensiune de alimentare DC, ele se încarcă la valoarea tensiunii aplicate, acționând ca dispozitive de stocare temporară și mențin această sarcină pe o perioadă nedeterminată atâta timp cât există tensiunea de alimentare. În timpul acestui proces de încărcare, un curent de încărcare (i) va curge prin condensator opunându-se oricărei modificări a tensiunii la o rată egală cu rata de schimbare a sarcinii electrice pe plăci.

Acest curent de încărcare poate fi definit ca: i = CdV/dt. Odată ce condensatorul este "complet încărcat", blochează fluxul altor electroni pe plăcile sale, deoarece acestea au devenit saturate. Cu toate acestea, dacă aplicăm o sursă AC, condensatorul se va încărca și descărca alternativ la o rată determinată de frecvența alimentării. Atunci, capacitatea în circuitele AC variază în funcție de frecvență, deoarece condensatorul este încărcat și descărcat constant.

Știm că fluxul de electroni pe plăcile unui condensator este direct proporțional cu viteza de schimbare a tensiunii pe aceste plăci. Atunci, putem vedea că condensatoarele în circuitele AC permit să treacă curent atunci când tensiunea pe plăcile sale se schimbă în mod constant în timp, cum ar fi semnalele AC, dar nu permit să treacă curent când tensiunea aplicată are o valoare constantă ca în semnale DC. Luați în considerare circuitul de mai jos.

Circuitul condensatorului AC

În circuitul pur capacitiv de mai sus, condensatorul este conectat direct la tensiunea de alimentare AC. Deoarece tensiunea de alimentare crește și scade, condensatorul se încarcă și descarcă în funcție de această variație. Știm că curentul de încărcare este direct proporțional cu rata de schimbare a tensiunii pe plăci, această viteză de schimbare fiind cea mai mare când tensiunea de alimentare trece de la jumătatea ciclului său pozitiv la jumătatea ciclului negativ sau invers, în punctele de 0° și 180° de-a lungul undei sinusoidale.

În consecință, cea mai mică schimbare de tensiune apare atunci când undele sinusoidale AC trec la nivelul maxim sau minim al tensiunii de vârf (Vm). La aceste poziții în ciclu, curenții maxim sau minim curg prin circuitul condensatorului și acest lucru este prezentat mai jos.

Diagrama fazorială a condensatorului AC

La 0° rata de schimbare a tensiunii de alimentare crește în direcție pozitivă rezultând un curent maxim de încărcare la momentul respectiv în timp. Pe măsură ce tensiunea aplicată atinge valoarea de vârf maximă la 90° pentru o scurtă perioadă de timp în timp, tensiunea de alimentare nu este nici în creștere, nici în scădere, astfel încât nu există curent care curge prin circuit.

Deoarece tensiunea aplicată începe să scadă la zero la 180°, panta tensiunii este negativă, astfel încât condensatorul se descarcă în direcția negativă. La punctul de 180° de-a lungul liniei, rata de schimbare a tensiunii este maximă din nou și deci fluxul de curent este maxim în acel moment și așa mai departe.

Atunci, putem spune că pentru condensatoarele în circuite ACv, curentul instantaneu este la minimum sau zero ori de câte ori tensiunea aplicată este la maximul ei și, la fel, valoarea instantanee a curentului este la valoarea sa maximă sau de vârf atunci când tensiunea aplicată este la minimum sau zero.

Din forma de undă de mai sus, putem vedea că curentul conduce (leading) tensiunea cu 1/4 ciclu sau 90° după cum se arată în diagrama vectorială. Atunci, putem spune că într-un circuit pur capacitiv, tensiunea alternativă este în urma curentului (lags) cu 90°.

Curentul care trece prin capacitate în circuitele AC este în opoziție cu viteza de schimbare a tensiunii aplicate, dar la fel ca rezistoarele, condensatoarele oferă și o formă de rezistență împotriva curentului prin circuit, această rezistență AC fiind cunoscută sub numele de Reactanță sau mai frecvent în circuitele cu condensator Reactanță capacitivă, astfel încât capacitatea în circuitele AC suferă de reactanță capacitivă.

Reactanța capacitivă

Reactanța capacitivă într-un circuit pur capacitiv este opoziția la fluxul de curent, numai în circuitele AC. Ca rezistență, reactanța este de asemenea măsurată în Ohm, dar este dată cu simbolul X pentru a o distinge de o valoare pur rezistivă. Deoarece reactanța este o cantitate care poate fi aplicată și inductoarelor și condensatoarelor, atunci când este utilizată cu condensatoare, aceasta este cunoscută mai mult ca reactanță capacitivă.

Pentru condensatoare în circuite AC, reactanța capacitivă este dată simbolului Xc. Apoi putem spune că Reactanța capacitivă este o valoare rezistivă a condensatoarelor care variază cu frecvența. De asemenea, reactanța capacitivă depinde de capacitatea condensatorului în Farad, precum și de frecvența formei de undă AC și formula folosită pentru a defini reactanța capacitivă este dată de:

Reactanța capacitivă

unde: F este în Hertz și C este în Farad. 2πƒ poate fi, de asemenea, exprimată colectiv cu litera greacă (omega) ω pentru a desemna o frecvență unghiulară.

Din formula reactanței capacitive de mai sus, se poate observa că dacă frecvența sau capacitatea va fi crescută, reactanța capacitivă globală ar scădea. Dacă frecvența se apropie de infinit, reactanța condensatoarelor s-ar reduce la zero acționând ca un conductor perfect.

Dar, pe măsură ce frecvența se apropie de zero sau DC, reactanța condensatoarelor ar crește până la infinit, acționând ca o rezistență foarte mare. Aceasta înseamnă că reactanța capacitivă este "invers proporțională" cu frecvența pentru orice valoare dată de capacitate și aceasta este arătată mai jos:

Reactanța capacitivă funcție de frecvență

Reactanța capacitivă a condensatorului scade, pe măsură ce frecvența crește, prin urmare reactanța capacitivă este invers proporțională cu frecvența.

Opoziția la curgerea curentului, sarcina electrostatică pe plăci (valoarea capacității sale AC) rămâne constantă, deoarece devine mai ușor pentru condensator să absoarbă complet variația sarcinii pe plăcile sale în fiecare jumătate de ciclu.

Deoarece frecvența crește, curentul care trece prin condensator crește, deoarece crește rata de schimbare a tensiunii pe plăcile sale.

Atunci putem vedea că la DC un condensator are reactanță infinită (open-circuit), la frecvențe foarte înalte un condensator are reactanță zero (scurt-circuit).

Capacitate AC. Exemplul nr. 1

Găsiți curentul RMS care curge într-un circuit capacitiv AC când un condensator de 4μF este conectat la o sursă de alimentare de 880V, 60Hz.

În circuitele AC, curentul sinusoidal printr-un condensator, care conduce tensiunea cu 90°, variază cu frecvența, deoarece condensatorul este încărcat și descărcat constant de tensiunea aplicată. Impedanța AC a unui condensator este cunoscută sub numele de Reactanță și întrucât avem de-a face cu circuite cu condensatoare, mai des se numește reactanță capacitivă XC.

Capacitate AC. Exemplul nr. 2

Când un condensator cu plăci paralele a fost conectat la o sursă de alimentare AC de 60 Hz, s-a constatat că are o reactanță de 390 ohmi. Calculați valoarea condensatorului în microfarazi.

Această reactanță capacitivă este invers proporțională cu frecvența și produce opoziție față de fluxul de curent din circuitul AC capacitiv.