Définition du condensateur
On appelle condensateur l'ensemble de deux surfaces conductrices ou armatures,
séparées par un isolant ayant une permittivité (ou constante diélectrique) donnée.
L'isolant est souvent appelé "diélectrique".
Deux feuilles d'aluminium séparées par une feuille de papier paraffiné forment un condensateur.
Symbole
Le symbole du condensateur est représenté par l'image suivante :
Caractéristiques physiques du condensateur
Description
Ce type de condensateur est constitué de deux longues feuilles d'aluminium ou d'étain, séparées
par deux longues bandes de papier. L'ensemble est enroulé et comprimé.
Les feuilles métalliques sont les armatures, et le papier, le diélectrique.
Chaque armature est reliée à une borne. Les gros condensateurs sont plongés dans une cuve pleine
d'huile pour améliorer l'isolement.
Caractéristiques électriques du condensateur
Capacité
La capacité d'un condensateur mesure son aptitude à emmagasiner (ou stocker) des charges électriques sur ces armatures.
La capacité s'exprime en farad.
Mathématiquement la capacité d'un condensateur est déterminé par :
La capacité d'un condensateur est de 1 farad si
une différence de potentielle
de 1 volt entre ses armatures y dépose une charge de 1 coulomb
(1 coulomb = 1 ampère pendant 1 seconde).
Le farad étant une unité très grande, nous utiliserons plus couramment ses sous-unités :
- le millifarad (mF) : 1mF = 10-3 Farad (filtrage pour ampli audio haut de gamme)
- le microfarad (µF) : 1µF = 10-6 Farad (filtrage alimentation cartes électroniques)
- le nanofarad (nF) : 1nF = 10-9 Farad (découplages et filtres actifs)
- le picofarad (pF) : 1pF = 10-12 Farad (circuits haute fréquence)
Physiquement, par sa construction mécanique, la capacité d'un condensateur est déterminer par :
- La surface des armatures
- L'épaisseur du diélectrique (isolant)
- La nature du diélectrique ou sa permittivité ε (epsilon).
Exemples de permittivité :
ε mica = 8
ε verre = 6
ε air = 1,000576
Tension de service d'un condensateur
Lorsque les armatures d'un condensateur sont soumises à une tension trop élevée, une étincelle
perce le diélectrique ;
le condensateur est alors hors service. Ce phénomène est
appelé claquage du condensateur.
La tension de service d'un condensateur est la différence de potentielle maximale que l'on peut
appliquer à ces armatures sans l'endommager.
Elle dépend essentiellement de la qualité du diélectrique et de son épaisseur ;
nous parlons alors de rigidité du diélectrique (KV/mm).
Notion de rigidité diélectrique
Pour tout diélectrique, il existe une tension sous laquelle le diélectrique est percé par le passage d'un courant.
On dit alors que le diélectrique claque.
La rigidité diélectrique qualifie un isolant de la d.d.p. qu'il
faut lui appliqué par millimètre d'épaisseur pour qu'il claque (KV/mm).
Plus elle est grande et plus notre condensateur verra sa tension de service augmentée.
Exemples :
air = 3 KV / mm
papier paraffiné = 51 KV / mm
verre = 118 KV / mm
Condensateurs associés en parallèle
Q1 = U.C1
Q2 = U.C2
Q3 = U.C3
Q totale = Q1 + Q2 + Q3 = U(C1 + C2 + C3) = U Ceq
D'ou : Ceq = C1 + C2 + C3 + ...
Si nous associons plusieurs condensateurs en parallèle,
la capacité équivalente de l'ensemble est égale à la somme
des capacités des condensateurs associés.
Condensateurs associés en série
Tous les condensateurs en série se chargent à la même quantité d'électricité Q,
d'ou : Q = C1.U1 = C2.U2 = C3.U3 et Q = Ceq U
Avec : U = U1 + U2 + U3
Nous avons :
d'ou :
Si nous associons plusieurs condensateurs en série,
la capacité équivalente est telle que son inverse
soit égale à la somme des inverses des capacités des condensateurs associés.
Tableau des propriétés de différents diélectriques
| Diélectrique | Permittivité | Rigidité en Kv/mm |
|---|---|---|
| Vide | 1 | |
| Air | 1.0006 | 3 |
| Téflon | 2.0 | 59 |
| Papier parafiné | 2.5 | 51.5 |
| Caoutchouc | 3.0 | 27.5 |
| Huile (pour transformateur) | 4.0 | 15.7 |
| Mica | 5.0 | 196.8 |
| Porcelaine | 6.0 | 7.9 |
| Bakélite | 7.0 | 15.7 |
| Verre | 7.5 | 118 |
Voir aussi : Amélioration du cos phi par batterie de condensateurs
