交流电路中的电容简析

介绍

当直流电源电压施加到电容器上时，电容器缓慢充电，最后到达完全充电位置。此时，电容器的充电电压等于电源电压。

在这里，只要施加电压，电容器就充当能量源。电容器在充满电后不允许电流 （i） 通过它们。流过电路的电流取决于电容器极板中的电荷量，并且电流与施加到电路的电压变化率成正比。即 i = dQ/dt = C dV（t）/dt。

如果将交流电源电压施加到电容器电路，则电容器根据电源电压的频率速率连续充电和放电。交流电路中电容器的电容取决于施加在其上的电源电压的频率。在交流电路中，当电源电压相对于时间连续变化时，电容器允许电流。

交流电容器电路

在上面的电路中，我们观察到电容器直接连接到交流电源电压。在这里，电容器根据电源电压的变化不断充电和放电，因为交流电源电压值不断增加和减少。我们都知道，流过电路的电流与施加电压的变化率成正比。

在这里，如果电源电压从正半周期越过其值到负半周期，则充电电流具有高值，反之亦然。即在 00和 1800在正弦波信号中。当正弦波中的电源电压越过其最大或最小峰值（Vm）时，流过电容器的电流具有其最小值。因此，我们可以说流过电路的充电电流是最大或最小，具体取决于正弦波中的电源电压电平。

交流电容相量图

交流电容器的相量图如上图所示，这里的电压和电流以正弦波形式表示。在上图中，我们观察到在 00充电电流处于最大值，因为电压在正方向上缓慢增加。90岁时0没有电流流过电容器，因为此时电源电压处于其最大峰值。

在 1800点电压缓慢降至零，电流在负方向上处于最大值。充电再次达到360的最大值0，因为此时电源电压处于最小值。

从上图中的波形可以看出，电流领先电压900.因此，我们可以说，在理想的电容器电路中，交流电压滞后电流900.

容抗

我们知道，流过电容器的电流与施加电压的变化率成正比，但电容器也提供某种形式的电阻，与电阻器一样。交流电路中电容器的这种电阻称为容抗或通常称为电抗。电容电抗是电容器的特性，它反对交流电路中的电流流动。它用符号Xc表示，并以欧姆为单位测量，与类似电阻相同。

我们需要一些额外的能量来超过容抗来为电路中的电容器充电。该值与电容值和电源电压频率成反比。

Xc∝ 1/c 和 Xc∝ 1/f。

容抗方程和影响它们的参数将在下面讨论。

容抗，

XC = 1/2πfC = 1/ωC

这里

XC = 电容器的电抗

f = 频率（以赫兹为单位）

C = 电容器的电容，单位为法拉

Ω （欧米茄） = 2πf

从上式中我们了解到，当频率和电容值较低时，容抗很高，在此阶段，电容器充当完美的电阻器。如果电源电压的频率高，则电容器的电抗值较低，并且在此阶段电容器充当良导体。从上式可以清楚地看出，如果频率为无穷大，则电抗为零，而当频率为零时，电抗值为无穷大。

容抗频率

上图显示了电源电压的容抗、电流和频率之间的关系。在这里，我们观察到，如果频率低，则电抗很高。充电电流随着频率的增加而增加，因为电压的变化率随着时间的推移而增加。电抗在频率为零时处于无穷大值，反之亦然。

交流电容示例No1

求出流过具有连接到 3V 和 660Hz 电源的 40uF 电容器的电路的电流的均方根值。

XC = 1/2πfC

f = 40HZ

C = 3uF

Vrms = 660V

现在

XC = 1/（2 × 3.14 × 40HZ × 3 × 10-6) = 1326Ω

IRMS = Vrms/XC = 660V/1326Ω = 497mA

交流电容示例No2

求出流过具有连接到 5V 和 880Hz 电源的 50uF 电容器的电路的电流的均方根值。

f = 50HZ

C = 5uF

Vrms = 880V

XC = 1/（2 × 3.14 × 50HZ × 5 × 10-6） = 636Ω

Irms = Vrms/XC = 880V/636Ω = 1.38 A

从上述两个例子中，我们观察到电容器的电抗取决于电源电压的频率，并且呈成反比关系。在示例1中，电抗为1326HZ的频率为40Ω，但当频率增加到636HZ时，电抗值降低到50Ω，如示例2所示。