深度剖析交流電路中的電容

連接到正弦電源的電容器會(huì)受到電源頻率和電容器尺寸的影響而產(chǎn)生電抗。

當(dāng)電容器跨直流直流電源電壓連接時(shí)，它們會(huì)被充電到施加電壓的值，就像臨時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備一樣，只要存在電源電壓，它們就會(huì)無限期保持或保持這種電荷。

在該充電過程中，充電電流（i）將以等于板上電荷變化率的速率與電壓的任何變化相對(duì)地流入電容器。

該充電電流可以定義為：i=CdV/dt。一旦電容器被“完全充電”，當(dāng)電子飽和時(shí)，電容器就會(huì)阻止更多電子流到其極板上。但是，如果施加交流電或交流電源，則電容器將以由電源頻率決定的速率交替充電和放電。然后，隨著電容器不斷充電和放電，AC電路中的電容會(huì)隨頻率變化。

我們知道，電子流到電容器極板上的電流與這些極板上的電壓變化率成正比。然后，我們可以看到，交流電路中的電容器喜歡跨板的電壓相對(duì)于時(shí)間不斷變化時(shí)通過電流，例如交流信號(hào)中的電容器，但是當(dāng)施加的電壓值為恒定值時(shí)它不喜歡通過電流。例如在直流信號(hào)中?？紤]下面的電路。

交流電容器電路

在上面的純電容電路中，電容器直接跨交流電源電壓連接。隨著電源電壓的增加和減少，電容器將根據(jù)此變化進(jìn)行充電和放電。我們知道，充電電流與兩極板上的電壓變化率成正比，隨著電源電壓從正半周到負(fù)半周變化，或者在點(diǎn)處反過來，該變化率最大。沿正弦波為0o和180o。

因此，當(dāng)交流正弦波以最大或最小峰值電壓電平（Vm）交叉時(shí)，發(fā)生的電壓變化最小。在循環(huán)中的這些位置，最大或最小電流流過電容器電路，如下所示。

交流電容器相量圖

在0o時(shí)，電源電壓的變化率沿正方向增加，從而導(dǎo)致該時(shí)刻的最大充電電流。當(dāng)施加的電壓在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到90o的最大峰值時(shí)，電源電壓既不會(huì)增加也不會(huì)減少，因此沒有電流流過電路。

當(dāng)施加的電壓在180o開始下降至零時(shí)，電壓的斜率為負(fù)，因此電容器向負(fù)方向放電。在沿線的180o點(diǎn)處，電壓的變化率再次達(dá)到最大值，因此在此瞬間流過最大電流，依此類推。

那么我們可以說，對(duì)于交流電路中的電容器，每當(dāng)外加電壓達(dá)到最大值時(shí)，瞬時(shí)電流為最小值或?yàn)榱?；同樣，?dāng)外加電壓達(dá)到最小值時(shí)，電流的瞬時(shí)值即為最大值或峰值。或零。

從上面的波形中，我們可以看到電流領(lǐng)先電壓1/4周期或90o，如矢量圖所示。那么我們可以說，在純電容電路中，交流電壓使電流滯后90o。

我們知道，流過交流電路中電容的電流與施加電壓的變化率相反，但是就像電阻器一樣，電容器也提供某種形式的電阻來阻止電流流過電路，但交流電中使用電容器這種交流電阻被稱為電抗，或更常見的是在電容器電路中稱為電容電抗，因此交流電路中的電容會(huì)遭受電容電抗的影響。

電容電抗

純電容電路中的電容電抗僅與交流電路中的電流相反。像電阻一樣，電抗也以歐姆為單位進(jìn)行測(cè)量，但是符號(hào)X使其與純電阻值區(qū)分開。由于電抗是可以同時(shí)應(yīng)用于電感器和電容器的量，因此與電容器一起使用時(shí)，它通常被稱為電容電抗。

對(duì)于交流電路中的電容器，電容電抗的符號(hào)為Xc。那么我們實(shí)際上可以說電容電抗是電容器電阻值，隨頻率而變化。同樣，電容電抗取決于法拉電容器的電容以及交流波形的頻率，用于定義電容電抗的公式為：

電容電抗

其中：F在赫茲中，C在法拉德中。2π?也可以共同地表示為希臘字母歐米茄，ω表示角頻率。

從上面的電容電抗公式可以看出，如果要增大頻率或電容中的任何一個(gè)，總電容電抗將減小。隨著頻率接近無窮大，電容器的電抗將減小為零，就像一個(gè)完美的導(dǎo)體。

但是，隨著頻率接近零或直流，電容器的電抗將增加到無窮大，就像一個(gè)很大的電阻一樣。這意味著對(duì)于任何給定的電容值，電容電抗與頻率“成反比”，如下所示：

電容抗頻率

電容器的電容電抗隨著其兩端頻率的增加而減小，因此電容電抗與頻率成反比。

與電流相反，極板上的靜電荷（其AC電容值）保持恒定，因?yàn)殡娙萜髟诿總€(gè)半周期內(nèi)更容易完全吸收其極板上的電荷變化。

同樣，隨著頻率的增加，流過電容器的電流的值也增加，這是因?yàn)殡娙萜靼迳系碾妷鹤兓试黾恿恕?/p>

然后我們可以看到，在直流電中，電容器具有無限的電抗（開路），在非常高的頻率下，電容器具有零電抗（短路）。

交流電容示例1

當(dāng)在880V，60Hz電源兩端連接一個(gè)4μF電容器時(shí)，找出在交流電容電路中流動(dòng)的均方根電流。

在交流電路中，通過電容器的正弦電流使電壓領(lǐng)先90o，該頻率隨頻率變化，因?yàn)橥ㄟ^施加的電壓不斷對(duì)電容器進(jìn)行充電和放電。電容器的交流阻抗被稱為電抗和我們正在處理的電容式電路，通常稱為容抗，X?

交流電容示例2。

將平行板電容器連接到60Hz交流電源時(shí)，發(fā)現(xiàn)電抗為390歐姆。計(jì)算電容器的值，以微法拉為單位。

這種電容電抗與頻率成反比，并且會(huì)與電容性交流電路周圍的電流產(chǎn)生反作用。