domingo, 1 de diciembre de 2019

INGENIERÍA ELECTRICA

TIPOS DE CONDENSADORES , CONTINUACIÓN

Supercondensadores editar ]

Clasificación jerárquica de supercondensadores y tipos relacionados.
Gráfico de Ragone que muestra la densidad de potencia frente a la densidad de energía de varios condensadores y baterías
Clasificación de supercondensadores en clases según las normas IEC 62391-1, IEC 62567 y DIN EN 61881-3
Supercapacitors (SC) , [25] comprenden una familia de electroquímicos condensadores . Supercondensador, a veces llamado ultracondensador, es un término genérico para condensadores eléctricos de doble capa (EDLC), pseudocondensadores y condensadores híbridos. No tienen un dieléctrico sólido convencional El valor de capacitancia de un capacitor electroquímico está determinado por dos principios de almacenamiento, los cuales contribuyen a la capacitancia total del capacitor: [26] [27] [28]
La relación del almacenamiento resultante de cada principio puede variar mucho, dependiendo del diseño del electrodo y la composición del electrolito. La pseudocapacitancia puede aumentar el valor de capacitancia tanto como un orden de magnitud sobre el de la doble capa por sí mismo. [25]
Los supercondensadores se dividen en tres familias, según el diseño de los electrodos:
  • Condensadores de doble capa : con electrodos de carbono o derivados con una capacidad estática de doble capa mucho más alta que la pseudocapacidad capacitiva faradaica.
  • Pseudocondensadores : con electrodos de óxidos metálicos o polímeros conductores con una gran cantidad de pseudocapacidad faradaica
  • Condensadores híbridos : condensadores con electrodos especiales y asimétricos que exhiben capacitancia y pseudocapacidad de doble capa significativas, como los condensadores de iones de litio.
Los supercondensadores cierran la brecha entre los condensadores convencionales y las baterías recargables . Tienen los valores de capacitancia más altos disponibles por unidad de volumen y la mayor densidad de energía de todos los capacitores. Admiten hasta 12,000 faradios / 1.2 voltios, [29] con valores de capacitancia hasta 10,000 veces mayores que los condensadores electrolíticos . [25] Si bien los supercondensadores existentes tienen densidades de energía que son aproximadamente el 10% de una batería convencional, su densidad de potencia es generalmente de 10 a 100 veces mayor. La densidad de potencia se define como el producto de la densidad de energía, multiplicada por la velocidad a la que se entrega la energía a la carga.La mayor densidad de potencia da como resultado ciclos de carga / descarga mucho más cortos que los que puede soportar una batería, y una mayor tolerancia para numerosos ciclos de carga / descarga. Esto los hace adecuados para la conexión en paralelo con baterías y puede mejorar el rendimiento de la batería en términos de densidad de potencia.
Dentro de los condensadores electroquímicos, el electrolito es la conexión conductora entre los dos electrodos, distinguiéndolos de los condensadores electrolíticos, en los que el electrolito solo forma el cátodo, el segundo electrodo.
Los supercondensadores están polarizados y deben funcionar con la polaridad correcta. La polaridad se controla mediante el diseño con electrodos asimétricos o, para electrodos simétricos, mediante un potencial aplicado durante el proceso de fabricación.
Los supercondensadores admiten un amplio espectro de aplicaciones para requisitos de energía y energía, que incluyen:
  • Baja corriente de suministro durante tiempos más largos para respaldo de memoria en ( SRAM ) en equipos electrónicos
  • La electrónica de potencia que requieren muy corto, de gran intensidad, como en el KERSsystem en la Fórmula 1 los coches
  • Recuperación de la energía de frenado para vehículos como autobuses y trenes.
Los supercondensadores rara vez son intercambiables, especialmente aquellos con mayores densidades de energía. La norma IEC 62391-1 Condensadores eléctricos fijos de doble capa para uso en equipos electrónicos identifica cuatro clases de aplicaciones:
  • Clase 1, respaldo de memoria, corriente de descarga en mA = 1 • C (F)
  • Clase 2, almacenamiento de energía, corriente de descarga en mA = 0.4 • C (F) • V (V)
  • Clase 3, Potencia, corriente de descarga en mA = 4 • C (F) • V (V)
  • Clase 4, potencia instantánea, corriente de descarga en mA = 40 • C (F) • V (V)
Excepcional para componentes electrónicos como los condensadores son los diferentes nombres comerciales o de serie utilizados para supercondensadores como: APowerCap, BestCap, BoostCap, CAP-XX, DLCAP, EneCapTen, EVerCAP, DynaCap, Faradcap, GreenCap, Goldcap, HY-CAP, condensador Kapton, Super condensador, SuperCap, condensador PAS, PowerStor, PseudoCap, ultracondensador, lo que dificulta a los usuarios clasificar estos condensadores.

Condensadores de clase X y clase Y editar ]

Muchas regulaciones de seguridad exigen que los condensadores de Clase X o Clase Y se usen siempre que un "fallo de cortocircuito" pueda poner a los humanos en peligro, para garantizar el aislamiento galvánico incluso cuando falla el condensador.
Los rayos y otras fuentes causan sobretensiones en la red eléctrica. Los condensadores de seguridad protegen a los humanos y dispositivos de sobretensiones de alta tensión al desviar la energía de sobretensión a tierra. [30]
En particular, las normas de seguridad exigen una disposición particular de Clase X y Clase Y red de filtrado condensadores . [31]
En principio, cualquier dieléctrico podría usarse para construir condensadores de Clase X y Clase Y; quizás al incluir un fusible interno para mejorar la seguridad. [32] [33] [34] [35] En la práctica, los condensadores que cumplen con las especificaciones de Clase X y Clase Y suelen ser condensadores de supresión de RFI / EMI de cerámica o condensadores de supresión de RFI / EMI de película plástica .

Condensadores varios editar ]

Debajo de los condensadores descritos anteriormente que cubren más o menos casi el mercado total de condensadores discretos, se pueden encontrar algunos desarrollos nuevos o tipos de condensadores muy especiales, así como tipos más antiguos en electrónica.

Condensadores integrados editar ]

  • Condensadores integrados: en los circuitos integrados , los capacitores de nanoescala pueden formarse mediante patrones apropiados de metalización en un sustrato aislante. Se pueden empaquetar en múltiples conjuntos de condensadores sin otras partes semiconductoras como componentes discretos. [36]
  • Condensadores de vidrio: el primer condensador de jarra Leyden estaba hecho de vidrio. A partir de 2012, los condensadores de vidrio se usaban como versión SMD para aplicaciones que requerían un servicio ultra confiable y ultra estable.

Condensadores de potencia editar ]

  • Condensadores de vacío: utilizados en transmisores de RF de alta potencia
  • Condensadores llenos de gas SF 6 : utilizados como estándar de capacitancia en la medición de circuitos puente

Condensadores especiales editar ]

  • Placas de circuito impreso: las áreas conductoras de metal en diferentes capas de una placa de circuito impreso de varias capas pueden actuar como un condensador altamente estable en los filtros de elementos distribuidos . Es una práctica común en la industria llenar áreas no utilizadas de una capa de PCB con el conductor de tierra y otra capa con el conductor de alimentación, formando un gran condensador distribuido entre las capas.
  • Alambre: 2 piezas de alambre aislado retorcidas juntas. Los valores de capacitancia generalmente varían de 3 pF a 15 pF. Utilizado en circuitos VHF caseros para retroalimentación de oscilación.
También existen dispositivos especializados, como condensadores incorporados con áreas conductoras de metal en diferentes capas de una placa de circuito impreso de varias capas y cargas tales como retorcer dos pedazos de cable aislado.
Los condensadores formados por la torsión de 2 piezas de cable aislado se denominan condensadores trucos. Los condensadores de truco se utilizaron en receptores de radio comerciales y de aficionados. [37] [38] [39] [40] [41]

Condensadores obsoletos editar ]

Condensadores variables editar ]

Los condensadores variables pueden tener su capacidad modificada por el movimiento mecánico. Generalmente dos versiones de condensadores variables tienen que ser distinguidas
  • Condensador de sintonización: condensador variable para sintonizar intencional y repetidamente un circuito oscilador en una radio u otro circuito sintonizado
  • Condensador de ajuste: condensador variable pequeño, generalmente para ajuste interno del circuito oscilador de una sola vez
Los condensadores variables incluyen condensadores que utilizan una construcción mecánica para cambiar la distancia entre las placas, o la cantidad de superficie de la placa que se superpone. En su mayoría utilizan aire como medio dieléctrico.
Los diodos de capacitancia variable semiconductora no son condensadores en el sentido de componentes pasivos, pero pueden cambiar su capacitancia en función del voltaje de polarización inversa aplicado y se usan como un condensador variable. Han reemplazado gran parte de los condensadores de sintonización y trimmer.

Comparación de tipos editar ]

Características y aplicaciones, así como desventajas de los condensadores.
Tipo de condensadorDieléctricoCaracterísticas / aplicacionesDesventajas
Condensadores de cerámica
Condensadores cerámicos de clase 1mezcla cerámica paraeléctrica de dióxido de titanio modificado por aditivosCambio predecible lineal y de baja capacitancia con la temperatura de funcionamiento . Excelentes características de alta frecuencia con bajas pérdidas. Para compensación de temperatura en aplicaciones de circuitos resonantes . Disponible en voltajes de hasta 15,000 VCerámica de baja permitividad , condensadores con baja eficiencia volumétrica , mayores dimensiones que los condensadores de clase 2
Condensadores cerámicos de clase 2mezcla de cerámica ferroeléctrica de titanato de bario y aditivos adecuadosAlta permitividad, alta eficiencia volumétrica, dimensiones más pequeñas que los condensadores de Clase 1. Para aplicaciones de amortiguación, derivación y acoplamiento. Disponible en voltajes de hasta 50,000 V.Estabilidad más baja y pérdidas más altas que la Clase 1. La capacitancia cambia con el cambio en el voltaje aplicado, con la frecuencia y con los efectos del envejecimiento. Ligeramente microfónico
Condensadores de película
Condensadores de película metalizadaPP, PET, PEN, PPS, (PTFE)Los condensadores de película metalizada son significativamente más pequeños en tamaño que las versiones de película / lámina y tienen propiedades de autocuración.Los electrodos metalizados delgados limitan la capacidad máxima de transporte de corriente , respectivamente, el voltaje de pulso máximo posible.
Condensadores de película / película de láminaPP, PET, PTFELos condensadores de película / película de aluminio tienen los índices de sobretensión / voltaje de pulso más altos, respectivamente. Las corrientes máximas son más altas que para los tipos metalizados.Sin propiedades de autocuración: el corto interno puede ser incapacitante. Dimensiones más grandes que la alternativa metalizada.
Condensadores de película de polipropileno (PP)PolipropilenoCondensador dieléctrico de película más popular. Cambio predecible lineal y de baja capacitancia con la temperatura de funcionamiento. Adecuado para aplicaciones en circuitos de determinación de frecuencia de Clase 1 y aplicaciones analógicas de precisión. Capacidades muy estrechas. Factor de disipación extremadamente bajo. Baja absorción de humedad, por lo tanto, adecuado para diseños "desnudos" sin recubrimiento. Alta resistencia de aislamiento. Utilizable en aplicaciones de alta potencia como snubber o IGBT. Utilizado también en aplicaciones de alimentación de CA , como en motores o corrección de factor de potencia . Muy bajas pérdidas dieléctricas. Aplicaciones de alta frecuencia y alta potencia como calentamiento por inducción . Ampliamente utilizado para la supresión de seguridad / EMI, incluida la conexión a la red eléctrica.Temperatura máxima de funcionamiento de 105 ° C. Permisividad relativamente baja de 2.2. Los condensadores de película de PP tienden a ser más grandes que otros condensadores de película. Más susceptible al daño por sobretensiones transitorias o inversiones de tensión que los condensadores MKV impregnados de aceite para aplicaciones de energía pulsada .

Condensadores de película de poliéster (PET) (Mylar)
Tereftalato de polietileno, poliéster (Hostaphan®, Mylar®)Más pequeño en tamaño que los condensadores de película de polipropileno funcionalmente comparables. Baja absorción de humedad. Han reemplazado casi por completo el papel metalizado y la película de poliestireno para la mayoría de las aplicaciones de CC. Se utiliza principalmente para aplicaciones de uso general o circuitos semicríticos con temperaturas de funcionamiento de hasta 125 ° C. Tensiones de funcionamiento de hasta 60,000 V DC.Utilizable a bajas frecuencias (corriente alterna). Uso limitado en electrónica de potencia debido a mayores pérdidas con el aumento de la temperatura y la frecuencia.

Condensadores de película de naftalato de polietileno (PEN)
Naftalato de polietileno (Kaladex®)Mejor estabilidad a altas temperaturas que el PET. Más adecuado para aplicaciones de alta temperatura y para envases SMD. Se utiliza principalmente para el filtrado, el acoplamiento y el desacoplamiento no críticos, porque las dependencias de temperatura no son significativas.La permitividad relativa más baja y la resistencia dieléctrica más baja implican dimensiones más grandes para una capacitancia y voltaje nominal dados que el PET.

Condensadores de película de sulfuro de polifenileno (PPS)
Polifenileno (Torelina®)Pequeña dependencia de temperatura en todo el rango de temperatura y una estrecha dependencia de frecuencia en un amplio rango de frecuencia. El factor de disipación es bastante pequeño y estable. Temperaturas de funcionamiento hasta 270 ° C. Apto para SMD. Tolerar el aumento de las temperaturas de soldadura por reflujo para la soldadura sin plomo exigida por la directiva RoHS 2002/95 / Unión EuropeaPor encima de 100 ° C, el factor de disipación aumenta, aumentando la temperatura del componente, pero puede funcionar sin degradación. El costo suele ser más alto que el PP.
Condensadores de politetrafluoroetileno (PTFE)
película de teflón )
Politetrafluoroetileno (Teflon®)Mínima pérdida de dieléctrico sólido. Temperaturas de funcionamiento hasta 250 ° C. Extremadamente alta resistencia de aislamiento. Buena estabilidad Usado en aplicaciones de misión crítica.Gran tamaño (debido a la baja constante dieléctrica). Mayor costo que otros condensadores de película.

Condensadores de película de policarbonato (PC)
PolicarbonatoCasi completamente reemplazado por PPFabricantes limitados

Condensadores de película de poliestireno (PS)
Poliestireno (Styroflex)Buena estabilidad térmica, alto aislamiento, baja distorsión [42] pero no adecuada para SMT y ahora casi completamente reemplazada por PETFabricantes limitados
Condensadores de película de polisulfonaPolisulfonaSimilar al policarbonato. Resiste el voltaje completo a temperaturas comparativamente más altas.Solo desarrollo, no se encontraron series (2012)
Condensadores de película de poliamidaPoliamidaTemperaturas de funcionamiento de hasta 200 ° C. Alta resistencia de aislamiento. Buena estabilidad Bajo factor de disipación.Solo desarrollo, no se encontraron series (2012)
Condensadores de película de poliimida
(Kapton)
Poliímida (Kapton)La resistencia dieléctrica más alta de cualquier dieléctrico de película plástica conocida.Solo desarrollo, no se encontraron series (2012)
Condensadores de potencia basados ​​en película
Condensadores de papel metalizados.Papel impregnado con aceite aislante o resina epoxi.Propiedades de autocuración. Originalmente impregnado con cera, aceite o epoxi. Versión de papel Kraft al óleo utilizada en ciertas aplicaciones de alto voltaje . Principalmente reemplazado por PP.Talla grande. Altamente higroscópico , absorbe la humedad de la atmósfera a pesar de las envolturas de plástico y las impregnaciones. La humedad aumenta las pérdidas dieléctricas y disminuye la resistencia de aislamiento .
Capacitores de película de papel / papel de aluminioPapel Kraft impregnado con aceite.Papel cubierto con láminas de metal como electrodos. Bajo costo. Servicio intermitente, aplicaciones de alta descarga.Físicamente grande y pesado. Significativamente menor densidad de energía que el dieléctrico PP. No autocuración. Posible falla catastrófica debido a la alta energía almacenada.
Condensadores de alimentación de
papel sin dieléctrico de PP (condensadores de alimentación MKV)

Papel metalizado a doble cara (sin campo) como soporte de electrodos. PP como dieléctrico, impregnado con aceite aislante, resina epoxi o gas aislanteAutocuración. Muy bajas pérdidas. Alta resistencia de aislamiento. Alta intensidad de corriente de entrada. Alta estabilidad térmica. Aplicaciones de servicio pesado, como la conmutación con alta potencia reactiva, altas frecuencias y una alta carga de corriente pico y otras aplicaciones de CA.Físicamente más grande que los condensadores de potencia PP.

Condensadores de potencia PP metalizados de una o dos caras
PP como dieléctrico, impregnado con aceite aislante, resina epoxi o gas aislanteLa capacitancia más alta por volumen capacitor de potencia. Autocuración. Amplio rango de aplicaciones como de uso general, condensadores de CA, condensadores de motor , suavizado o filtrado, enlaces de CC, amortiguación o sujeción, amortiguación de CA, circuitos de CC resonantes en serie, descarga de CC, conmutación de CA, corrección del factor de potencia de CA.crítico para un funcionamiento confiable de alto voltaje y cargas de corriente de entrada muy altas, resistencia térmica limitada (105 ° C)
Condensadores de potencia de película / lámina de PPPP impregnado o gas aislante, aceite aislante, resina epoxi o gas aislanteMayor intensidad de corriente de entradaMás grande que las versiones metalizadas PP. No autocuración.
Condensadores electrolíticos
Condensadores electrolíticos
con no sólida
(húmeda, líquido)
electrolito
Óxido de aluminio
Al 2 O 3
Muy grande capacitancia a relación de volumen. Valores de capacitancia de hasta 2,700,000 µF / 6.3 V. Tensión de hasta 550 V. Costo más bajo por capacitancia / valores de voltaje. Se usa donde las bajas pérdidas y la alta estabilidad de la capacitancia no son de gran importancia, especialmente para frecuencias más bajas, como aplicaciones de derivación, acoplamiento, suavizado y amortiguación en fuentes de alimentación y enlaces de CC.Polarizado. Fugas significativas. Valores relativamente altos de ESR y ESL, lo que limita la alta corriente de ondulación y las aplicaciones de alta frecuencia. Cálculo de por vida requerido debido al fenómeno de secado. Ventee o explote cuando esté sobrecargado, sobrecalentado o conectado mal polarizado. El electrolito a base de agua puede ventear al final de la vida útil, mostrando fallas como " plaga de condensadores "
Pentóxido de tantalio
Ta 2 O 5
Condensadores electrolíticos de tantalio húmedo (babosa húmeda) [43] La fuga más baja entre los electrolíticos. Voltaje de hasta 630 V (película de tantalio) o 125 V (cuerpo de sinterización de tantalio). Sellado herméticamente. Estable y confiable. Aplicaciones militares y espaciales.Polarizado. Explosión violenta cuando se excede el voltaje, la corriente de ondulación o las velocidades de rotación, o bajo voltaje inverso. Costoso.
Condensadores electrolíticos
con electrolito sólido de dióxido de manganeso.
Óxido de aluminio
Al
2
 O
3

pentóxido de tantalio
Ta2O5,
pentóxido de niobio
Nb
2
 O
5 5
Tantalio y niobio con dimensiones más pequeñas para una capacitancia / voltaje dado frente al aluminio. Parámetros eléctricos estables. Buen rendimiento a alta temperatura a largo plazo. Menor ESR menor que los electrolíticos no sólidos (húmedos).Polarizado. Aproximadamente 125 V. Baja tensión y tolerancia limitada, transitoria, inversa o de sobretensión. Posible combustión en caso de falla. ESR mucho más alto que los electrolíticos de polímeros conductores. Se espera que el manganeso sea reemplazado por polímero.
Condensadores electrolíticos
con electrolito de polímero sólido
condensadores de polímero )
Óxido de aluminio
Al
2
 O
3
 ,
pentóxido de tantalio
Ta2O5,
pentóxido de niobio
Nb
2
 O
5 5
ESR muy reducido en comparación con electrolíticos de manganeso o no sólidos (húmedos). Mayores clasificaciones de corriente de ondulación. Vida operativa extendida. Parámetros eléctricos estables. Autocuración. [44] Se utiliza para suavizar y almacenar en búfer en fuentes de alimentación más pequeñas, especialmente en SMD.Polarizado. La corriente de fuga más alta entre los electrolíticos. Precios más altos que el dióxido de manganeso o no sólido. Voltaje limitado a aproximadamente 100 V. Explota cuando se excede el voltaje, la corriente o las velocidades de rotación o bajo voltaje inverso.
Supercondensadores
Supercondensadores
Pseudocondensadores
Helmholtz de doble capa más pseudo-capacitancia faradaicaLa densidad de energía generalmente es de diez a cientos de veces mayor que la electrolítica convencional. Más comparable a las baterías que a otros condensadores. Gran capacitancia / relación de volumen. Relativamente baja ESR. Miles de farads. Copia de seguridad de memoria RAM. Energía temporal durante el reemplazo de la batería. Absorbe / entrega rápidamente corrientes mucho más grandes que las baterías. Cientos de miles de ciclos de carga / descarga. Vehículos híbridos RecuperaciónPolarizado. Bajo voltaje de operación por celda. (Las celdas apiladas proporcionan un voltaje de funcionamiento más alto). Costo relativamente alto.
Condensadores híbridos Condensadores de
iones de litio
(LIC)
Helmholtz de doble capa más pseudo-capacitancia faradaica. Ánodo dopado con iones de litio .Mayor voltaje de operación. Mayor densidad de energía que los EDLC comunes, pero menor que las baterías de iones de litio (LIB). No hay reacciones térmicas fuera de control.Polarizado. Bajo voltaje de operación por celda. (Las celdas apiladas proporcionan un voltaje de funcionamiento más alto). Costo relativamente alto.
Condensadores misceláneos
Condensadores de espacio de aireAireBaja pérdida dieléctrica. Utilizado para resonar circuitos HF para soldadura de alta potencia HF.Físicamente grande. Relativamente baja capacitancia.
Condensadores de vacíoVacíoPérdidas extremadamente bajas. Se utiliza para aplicaciones de RF de alta tensión y alta potencia, como transmisores y calentamiento por inducción. Autocuración si la corriente de arco es limitada.Muy alto costo. Frágil. Grande. Relativamente baja capacitancia.
SF
Condensadores llenos de6 gases
SF
6
 gas
Alta precisión. [45] Pérdidas extremadamente bajas. Muy alta estabilidad. Tensión nominal de hasta 1600 kV. Se utiliza como estándar de capacitancia en la medición de circuitos de puente.Muy alto costo
Condensadores de mica metalizada (mica plateada)MicaMuy alta estabilidad. Sin envejecimiento. Bajas pérdidas. Se utiliza para circuitos de RF de alta frecuencia y baja frecuencia VHF y como estándar de capacitancia en la medición de circuitos de puente. Principalmente reemplazado por condensadores cerámicos de clase 1Mayor costo que los condensadores cerámicos de clase 1
Condensadores de vidrioVasoMejor estabilidad y frecuencia que la mica plateada. Ultra confiable. Ultraestable Resistente a la radiación nuclear. Temperatura de funcionamiento: −75 ° C a +200 ° C e incluso sobreexposición corta a +250 ° C. [46]Mayor costo que la cerámica clase 1
Condensadores integradosóxido de nitruro de óxido (ONO)Delgado (hasta 100 µm). Huella más pequeña que la mayoría de MLCC. Bajo ESL. Muy alta estabilidad hasta 200 ° C. Alta fiabilidadProducción personalizada
Condensadores variables
Condensadores de ajuste de espacio de aireAireCortes circulares o varios logarítmicos del electrodo del rotor para diferentes curvas de capacitancia. Rotor dividido o corte del estator para un ajuste simétrico. Eje de rodamiento de bolas para ajuste de ruido reducido. Para dispositivos de alta profesionalidad.Grandes dimensiones. Alto costo.
Condensadores de ajuste de vacíoVacíoPérdidas extremadamente bajas. Se utiliza para aplicaciones de RF de alta tensión y alta potencia, como transmisores y calentamiento por inducción. Autocuración si la corriente de arco es limitada.Muy alto costo. Frágil. Grandes dimensiones.
SF
6
 condensadores de sintonización llenos de gas
SF
6 6
Pérdidas extremadamente bajas. Utilizado para aplicaciones de RF de alta potencia y muy alto voltaje.Muy alto costo, frágil, grandes dimensiones.
Condensadores de corte de espacio de aireAirePrincipalmente reemplazado por diodos semiconductores de capacitancia variableAlto costo
Condensadores de corte de cerámicaCerámica clase 1Comportamiento de frecuencia lineal y estable en un amplio rango de temperaturaAlto costo

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