Circuit de Condensateur Pur
Un circuit ne comprenant qu'un condensateur pur avec une capacité C (mesurée en farads) est appelé Circuit de Condensateur Pur. Les condensateurs stockent l'énergie électrique dans un champ électrique, une caractéristique connue sous le nom de capacitance (également appelée "condensateur"). Structurellement, un condensateur se compose de deux plaques conductrices séparées par un milieu diélectrique - les matériaux diélectriques courants incluent le verre, le papier, la mica et les couches d'oxyde. Dans un circuit de condensateur AC idéal, le courant précède la tension d'un angle de phase de 90 degrés.
Lorsqu'une tension est appliquée à travers un condensateur, un champ électrique est établi entre ses plaques, mais aucun courant ne traverse le diélectrique. Avec une source de tension AC fluctuante, un courant continu s'établit en raison des processus cycliques de charge et de décharge du condensateur.
Explication et Dérivation du Circuit de Condensateur
Un condensateur se compose de deux plaques isolées séparées par un milieu diélectrique, servant de dispositif de stockage d'énergie pour la charge électrique. Il se charge lorsqu'il est connecté à une source d'alimentation et se décharge lorsqu'il est déconnecté. Lorsqu'il est lié à une alimentation DC, il se charge à une tension égale au potentiel appliqué, illustrant son rôle de composant électrique passif qui résiste aux changements de tension.
Soit la tension alternative appliquée au circuit donnée par l'équation :
La charge du condensateur à tout instant est donnée par :
Le courant circulant dans le circuit est donné par l'équation :
En insérant la valeur de q de l'équation (2) dans l'équation (3), nous obtenons :
Maintenant, en insérant la valeur de v de l'équation (1) dans l'équation (3), nous obtenons :
Où Xc = 1/ωC représente l'opposition au flux de courant alternatif par un condensateur pur, connue sous le nom de réactance capacitive. Le courant atteint sa valeur maximale lorsque sin(ωt + π/2) = 1. Ainsi, le courant maximal Im est exprimé comme suit :
En substituant la valeur de Im dans l'équation (4), nous obtenons :
Diagramme Phasor et Courbe de Puissance
Dans un circuit de condensateur pur, le courant à travers le condensateur précède la tension d'un angle de phase de 90 degrés. Le diagramme phasor et les formes d'onde pour la tension, le courant et la puissance sont illustrés ci-dessous :
Dans la forme d'onde ci-dessus, la courbe rouge représente le courant, la courbe bleue indique la tension, et la courbe rose indique la puissance. Lorsque la tension augmente, le condensateur se charge à sa valeur maximale, formant un demi-cycle positif ; lorsque la tension diminue, le condensateur se décharge, créant un demi-cycle négatif. Un examen attentif de la courbe révèle que lorsque la tension atteint son pic, le courant tombe à zéro, signifiant qu'aucun courant ne circule à cet instant. Alors que la tension diminue à π et devient négative, le courant atteint son pic, déclenchant la décharge du condensateur - et ce cycle de charge-décharge continue.
La tension et le courant n'atteignent jamais leurs maxima simultanément en raison de leur différence de phase de 90°, comme montré dans le diagramme phasor où le courant (Im) précède la tension (Vm) de π/2. La puissance instantanée dans ce circuit de condensateur pur est définie par p = vi.
Ainsi, on peut déduire de l'équation ci-dessus que la puissance moyenne dans un circuit capacitif est nulle. La puissance moyenne sur un demi-cycle est nulle en raison de la symétrie de la forme d'onde, où les aires des boucles positives et négatives sont identiques.
Au cours du premier quart de cycle, la puissance fournie par la source est stockée dans le champ électrique établi entre les plaques du condensateur. Au cours du quart de cycle suivant, alors que le champ électrique disparaît, l'énergie stockée est rendue à la source. Ce processus cyclique de stockage et de restitution d'énergie se produit continuellement, résultant en aucune consommation nette de puissance par le circuit de condensateur.
