交流电容器电路

电容器 Vs。电阻

电容器的行为与电阻器不同。电阻允许电子流过它们，与电压降成正比，而电容器则反对变化 通过在充电或放电到新的电压水平时汲取或提供电流来调节电压。

“通过”电容器的电子流与变化率成正比 电容器两端的电压。这种对电压变化的反对是另一种形式的电抗 ，但与电感所表现出的那种正好相反。

电容器电路特性

用数学表示，“通过”电容器的电流与电容器两端的电压变化率之间的关系如下：

表达式 de/dt 是微积分中的一个，意思是瞬时电压 (e) 随时间的变化率，以伏特/秒为单位。电容 (C) 的单位是法拉，瞬时电流 (i) 的单位当然是安培。

有时您会发现瞬时电压随时间的变化率表示为 dv/dt 而不是 de/dt：使用小写字母“v”代替或“e”来表示电压，但它的意思完全相同。为了说明交流电会发生什么，让我们分析一个简单的电容器电路：

纯电容电路：电容电压滞后电容电流90°

如果我们要为这个非常简单的电路绘制电流和电压图，它看起来像这样：

纯电容电路波形。

请记住，通过电容器的电流是对变化的反应 其两端的电压。

因此，只要瞬时电压处于峰值（电压正弦波上的零变化或电平斜率），瞬时电流就为零，而在瞬时电压处于最大变化（点电压波上最陡峭的斜率，它与零线交叉）。

这导致电压波与电流波异相 -90°。从图表上看，电流波似乎比电压波“领先”了；电流“超前”电压，电压“滞后”于电流。

在纯电容电路中，电压滞后电流 90°。

您可能已经猜到了，我们在简单的电感电路中看到的不寻常的功率波也存在于简单的电容器电路中：

在纯电容电路中，瞬时功率可能为正也可能为负。

与简单的电感器电路一样，电压和电流之间的 90 度相移会导致功率波在正负之间交替交替。这意味着电容器在对电压变化作出反应时不会耗散功率；它只是交替吸收和释放能量。

电容器的电抗

电容器对电压变化的反对通常转化为对交流电压的反对，根据定义，交流电压总是在瞬时幅度和方向上发生变化。

对于给定频率下任何给定幅度的交流电压，给定尺寸的电容器将“传导”一定幅度的交流电流。

正如通过电阻器的电流是电阻器两端电压和电阻器提供的电阻的函数一样，通过电容器的交流电流是电容器两端交流电压的函数，电抗 由电容器提供。

与电感器一样，电容器的电抗以欧姆表示，并用字母 X（或更具体地说是 XC）表示。

由于电容器“传导”电流与电压变化率成正比，因此对于快速变化的电压，它们将通过更多的电流（因为它们在更短的时间内充电和放电到相同的电压峰值），而对于较慢变化的电压，则通过更少的电流。

这意味着任何电容器以欧姆为单位的电抗 相反 与交流电的频率成正比。

100 uF 电容器的电抗：

频率（赫兹） 电抗（欧姆） 6026.525812013.262925000.6366

请注意，容抗与频率的关系与感抗完全相反。

容抗（以欧姆为单位）随着交流频率的增加而降低。相反，感抗（以欧姆为单位）随着交流频率的增加而增加。电感器通过产生更大的电压降来对抗快速变化的电流；电容器通过允许更大的电流来对抗更快变化的电压降。

与电感器一样，电抗方程的 2πf 项可以替换为小写的希腊字母 Omega (ω)，称为角速度 交流电路的。因此，方程 XC =1/(2πfC) 也可以写成 XC =1/(ωC)，其中 ω 以弧度每秒为单位 .

简单电容电路中的交流电等于电压（以伏特为单位）除以容抗（以欧姆为单位），就像简单电阻电路中的交流或直流电等于电压（以伏特为单位）除以电阻（以欧姆为单位）。下面的电路举例说明了这个数学关系：

容抗。

但是，我们需要记住，这里的电压和电流不是同相的。如前所述，电流相对于电压具有 +90° 的相移。如果我们用数学表示这些电压和电流的相角，我们就可以计算出电容器对电流的无功反相的相角。

电容器中的电压滞后电流 90°。

在数学上，我们说电容器对电流的相位角是-90°，这意味着电容器对电流的反相是一个负虚数。 （见上图。）这种与电流相反的电抗相位角在电路分析中变得至关重要，尤其是对于电抗和电阻相互作用的复杂交流电路。

代表任何将证明是有益的 组件在复数方面对电流的反对，而不仅仅是电阻和电抗的标量。

评论：

• 容抗 是由于电容器在其电场中的相移存储和能量释放而提供的对交流电的反对。电抗用大写字母“X”表示，与电阻 (R) 一样以欧姆为单位。
• 电容电抗可以使用以下公式计算：XC =1/(2πfC)
• 容抗减小 随着频率的增加。换句话说，频率越高，它对交流电流的抵抗力就越小（“传导”得越多）。

相关工作表：

• 电容器工作表