Énergie et puissance des condensateurs

Aperçu

Les condensateurs stockent de l'énergie dans un champ électrique entre leurs plaques. L'énergie stockée et la puissance disponible pendant la décharge sont fondamentales pour la conception de circuits de temporisation, d'alimentations et de systèmes de stockage d'énergie. Cette page couvre les formules de base pour le stockage d'énergie, la délivrance de puissance instantanée et le temps de décharge sous charge à puissance constante.

Formules Clés

Énergie Stockée dans un Condensateur

$W = \frac{1}{2} C V^2$

Où W est l'énergie stockée (joules), C est la capacitance (farads) et V est la tension aux bornes du condensateur (volts).

Puissance Moyenne Pendant la Décharge

$P = \frac{W}{t} = \frac{C V^2}{2\,t}$

Cela donne la puissance moyenne sur une impulsion de décharge de durée t. En pratique, la décharge commence à un pic et décroît, il s'agit donc d'une estimation d'ingénierie approximative plutôt que d'une valeur instantanée constante.

Temps de Décharge sous Charge à Puissance Constante

$t = \frac{W}{P} = \frac{C V^2}{2\,P}$

En réarrangeant l'équation de puissance, on obtient le temps nécessaire pour décharger complètement un condensateur dans une charge qui consomme une puissance P à un taux constant.

Variables

Exemple de Calcul

Un condensateur de 10 µF est chargé à 230 V.

Énergie stockée :

$W = \frac{1}{2} \times 10 \times 10^{-6} \times 230^2 = 0.265 \text{ J}$

Puissance moyenne si déchargé en 5 µs :

$P = \frac{0.265}{5 \times 10^{-6}} = 52\,900 \text{ W} \approx 53 \text{ kW}$

Convertisseur d'unités

Images sources originales

Les images sources originales suivantes sont préservées pour éviter de perdre du matériel de référence visuel. Lorsqu'une image contient des données de graphique ou tabulaires, ses valeurs extraites sont représentées dans les tableaux de page, calculateurs ou graphiques interactifs ; les images restantes sont conservées comme références visuelles sources.

Condensateur

Couverture du tableau source

La source en cache inclut les lignes de mise en page/recherche de l'Engineering ToolBox autour de la zone du calculateur. Le contenu migré substantiel est préservé sous forme de calculateur d'énergie du condensateur, tableau de claquage diélectrique, image originale du condensateur et convertisseur d'unités ci-dessus.

Notes d'ingénierie

• Décroissance exponentielle : Dans un circuit à charge résistive, la tension (et donc la puissance instantanée) décroît exponentiellement — pas linéairement. La formule $P = W/t$ donne une moyenne approximative sur la durée de l'impulsion, pas la valeur de pointe.
• La puissance de pointe est plus élevée : Au début de la décharge, la puissance instantanée est $P_{\text{peak}} = V^2 / R$ (pour une charge résistive), ce qui peut largement dépasser la valeur moyenne.
• Limites de l'ESR : Les condensateurs réels ont une résistance série équivalente (ESR) qui limite le courant de pointe et convertit une partie de l'énergie en chaleur à l'intérieur du composant plutôt que dans la charge.
• Marge de conception sûre : Toujours réduire la tension de fonctionnement bien en dessous de la valeur de claquage diélectrique, en tenant compte de la température, du vieillissement et des surtensions transitoires.

Tension de claquage par diélectrique

Tension de perforation mesurée à 1 MHz. Valeurs en V par mil (1 mil = 0,001 pouce ≈ 25,4 µm).

Ce tableau de claquage diélectrique est conservé comme matériel de référence de conception de condensateur lié à la source, nécessaire pour la complétude de la page de condensateur migrée ; il soutient les notes de réduction de tension et de tension de fonctionnement sûre ci-dessus.

La rupture réelle dépend de la température, de la fréquence, de l'épaisseur du diélectrique et de la géométrie des électrodes. Consultez les fiches techniques du fabricant pour les tensions de travail nominales.

Références

• Source originale — Énergie et puissance des condensateurs