深度剖析交流电路中的电容

    连接到正弦电源的电容器会受到电源频率和电容器尺寸的影响而产生电抗。

    当电容器跨直流直流电源电压连接时，它们会被充电到施加电压的值，就像临时存储设备一样，只要存在电源电压，它们就会无限期保持或保持这种电荷。

    在该充电过程中，充电电流（i）将以等于板上电荷变化率的速率与电压的任何变化相对地流入电容器。

    该充电电流可以定义为：i=CdV/dt。一旦电容器被“完全充电”，当电子饱和时，电容器就会阻止更多电子流到其极板上。但是，如果施加交流电或交流电源，则电容器将以由电源频率决定的速率交替充电和放电。然后，随着电容器不断充电和放电，AC电路中的电容会随频率变化。

    我们知道，电子流到电容器极板上的电流与这些极板上的电压变化率成正比。然后，我们可以看到，交流电路中的电容器喜欢跨板的电压相对于时间不断变化时通过电流，例如交流信号中的电容器，但是当施加的电压值为恒定值时它不喜欢通过电流。例如在直流信号中。考虑下面的电路。

    交流电容器电路

    在上面的纯电容电路中，电容器直接跨交流电源电压连接。随着电源电压的增加和减少，电容器将根据此变化进行充电和放电。我们知道，充电电流与两极板上的电压变化率成正比，随着电源电压从正半周到负半周变化，或者在点处反过来，该变化率最大。沿正弦波为0o和180o。

    因此，当交流正弦波以最大或最小峰值电压电平（Vm）交叉时，发生的电压变化最小。在循环中的这些位置，最大或最小电流流过电容器电路，如下所示。

    交流电容器相量图

    在0o时，电源电压的变化率沿正方向增加，从而导致该时刻的最大充电电流。当施加的电压在很短的时间内达到90o的最大峰值时，电源电压既不会增加也不会减少，因此没有电流流过电路。

    当施加的电压在180o开始下降至零时，电压的斜率为负，因此电容器向负方向放电。在沿线的180o点处，电压的变化率再次达到最大值，因此在此瞬间流过最大电流，依此类推。

    那么我们可以说，对于交流电路中的电容器，每当外加电压达到最大值时，瞬时电流为最小值或为零；同样，当外加电压达到最小值时，电流的瞬时值即为最大值或峰值。或零。

    从上面的波形中，我们可以看到电流领先电压1/4周期或90o，如矢量图所示。那么我们可以说，在纯电容电路中，交流电压使电流滞后90o。

    我们知道，流过交流电路中电容的电流与施加电压的变化率相反，但是就像电阻器一样，电容器也提供某种形式的电阻来阻止电流流过电路，但交流电中使用电容器这种交流电阻被称为电抗，或更常见的是在电容器电路中称为电容电抗，因此交流电路中的电容会遭受电容电抗的影响。

    电容电抗

    纯电容电路中的电容电抗仅与交流电路中的电流相反。像电阻一样，电抗也以欧姆为单位进行测量，但是符号X使其与纯电阻值区分开。由于电抗是可以同时应用于电感器和电容器的量，因此与电容器一起使用时，它通常被称为电容电抗。

    对于交流电路中的电容器，电容电抗的符号为Xc。那么我们实际上可以说电容电抗是电容器电阻值，随频率而变化。同样，电容电抗取决于法拉电容器的电容以及交流波形的频率，用于定义电容电抗的公式为：

    电容电抗

    其中：F在赫兹中，C在法拉德中。2πƒ也可以共同地表示为希腊字母欧米茄，ω表示角频率。

    从上面的电容电抗公式可以看出，如果要增大频率或电容中的任何一个，总电容电抗将减小。随着频率接近无穷大，电容器的电抗将减小为零，就像一个完美的导体。

    但是，随着频率接近零或直流，电容器的电抗将增加到无穷大，就像一个很大的电阻一样。这意味着对于任何给定的电容值，电容电抗与频率“成反比”，如下所示：

    电容抗频率

    电容器的电容电抗随着其两端频率的增加而减小，因此电容电抗与频率成反比。

    与电流相反，极板上的静电荷（其AC电容值）保持恒定，因为电容器在每个半周期内更容易完全吸收其极板上的电荷变化。

    同样，随着频率的增加，流过电容器的电流的值也增加，这是因为电容器板上的电压变化率增加了。

    然后我们可以看到，在直流电中，电容器具有无限的电抗（开路），在非常高的频率下，电容器具有零电抗（短路）。

    交流电容示例1

    当在880V，60Hz电源两端连接一个4μF电容器时，找出在交流电容电路中流动的均方根电流。

    在交流电路中，通过电容器的正弦电流使电压领先90o，该频率随频率变化，因为通过施加的电压不断对电容器进行充电和放电。电容器的交流阻抗被称为电抗和我们正在处理的电容式电路，通常称为容抗，XÇ

    交流电容示例2。

    将平行板电容器连接到60Hz交流电源时，发现电抗为390欧姆。计算电容器的值，以微法拉为单位。

    这种电容电抗与频率成反比，并且会与电容性交流电路周围的电流产生反作用。