交流电容电路：容性电抗、相移与功率行为
电容器与电阻的区别
与允许电流与电压降成比例的电阻不同，电容器阻碍电压变化。它们在充放电至新电压电平时吸收或供给电流。
流“过”电容器的电流与其两端电压变化率成正比——此效应称为电抗。此行为与电感的感性电抗相反。
电容电路特性
电流与电压变化率的关系用数学表达为：
此处 de/dt（或 dv/dt）表示瞬时电压变化率（伏特/秒），C 为电容（法拉），i 为电流（安培）。
为阐释概念，考虑简单的纯交流电路：
纯容性电路中，电容电压滞后电流 90°。
绘制电压电流可见 90° 相位差：
纯容性电路中的波形。
瞬时电流在电压达峰值（无变化）时为零。在电压斜率最陡峭（过零点）时电流达最大。因此，电流超前电压 90°，电压滞后电流。
纯容性电路中电压滞后电流 90°。
功率关系镜像电感：瞬时功率在正负间振荡。电容不耗散功率；仅与电路交换能量。
纯容性电路中瞬时功率在正负间交替。
容性电抗
电容器阻碍电压变化，转化为对交流电压的电抗——以欧姆为单位，记作 XC。因电流与电压变化率成比例，电容在高频导通更多电流，低频导通更少。
因此，容性电抗与频率成反比：
100 µF 电容的电抗
| 频率 (Hz) | 电抗 (Ω) |
|---|---|
| 60 | 26.5258 |
| 120 | 13.2629 |
| 2500 | 0.6366 |
与感性电抗随频率增加不同，容性电抗随频率减小。公式也可写作 XC = 1/(2πfC) = 1/(ωC)，其中 ω 为角频率（弧度/秒）。
在简单串联电路中，交流电流等于施加电压除以容性电抗，正如欧姆定律用于电阻：
因电压电流不同相，容性电抗相位角为 –90°。此负虚部对分析包含电阻和电抗的复杂交流网络至关重要。
电容器中电压滞后电流 90°。
关键要点
- 容性电抗（XC）阻碍交流，单位欧姆。
- 计算公式 XC = 1/(2πfC)，随频率增加而减小。
- 电流超前电压 90°，电抗相位角为 –90°。
- 电容存储释放能量，不耗散功率。
延伸学习
工业技术