交流电路中的电容

介绍

当对电容器施加直流电源电压时,电容器缓慢充电,最后到达充满电的位置。此时,电容器的充电电压等于供电电压。在这里,只要施加电压,电容器就充当一个能量来源。电容在完全充电后不允许电流(i)通过。流过电路的电流取决于电容器极板中的电荷量,而且电流也与施加在电路上的电压的变化率成正比。即i = dQ/dt = cvt /dt。

如果在电容电路上施加交流电源电压,那么电容就会根据电源电压的频率连续充放电。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,当电源电压随时间连续变化时,电容器允许电流。

AC电容器电路

图1。AC电容器电路。

在上面的电路中,我们观察到一个电容直接连接到交流电源电压。在这里,由于交流电源电压值不断地增大和减小,电容器根据电源电压的变化不断地充放电。我们都知道流过电路的电流与施加的电压的变化率成正比。

这里,如果供电电压从正半周期越过它的值到负半周期,充电电流就有它的高值,反之亦然。即在00和180年0在正弦波信号中。当正弦波供电电压通过其最大或最小峰值(Vm)时,通过电容器的电流有其最小值。因此,我们可以说,通过电路的充电电流是最大值或最小值,这取决于正弦波供电电压水平。

交流电容相量图

图2。交流电容相量图。

上图为交流电容相量图,这里的电压和电流以正弦波的形式表示。在上图中,我们观察到在0点0由于电压正向缓慢增加,使充电电流达到最大值。在900没有电流流过电容器,因为在这一点电源电压是在其最大峰值。

在1800点电压缓慢下降到零和电流在负方向的最大值。再次充电达到其最大值在3600,因为此时电源电压处于最小值。

从上图的波形我们可以看到,电流领先电压900.因此,我们可以说,在一个理想的电容电路中,交流电压比电流滞后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,但是电容器也像电阻一样对电流提供某种形式的电阻。交流电路中电容的这种电阻称为电容电抗或俗称电抗。容性电抗是在交流电路中反对电流流动的电容器的特性。它用符号Xc表示,测量的欧姆与电阻相同。

我们需要一些额外的能量来给电路中的电容充电。这个值与电容值和电源电压频率成反比。

Xc∝1/c和Xc∝1/f。

容性电抗的方程及影响容性电抗的参数如下。

容抗,

XC = 1/2π fc = 1/ωC

在这里,

XC =电容器电抗

f = HZ的频率

C =电容器的电容量,单位为法拉

ω = 2πf

从上面的方程我们知道,当频率和电容值较低时,电容电抗较高,在这一阶段,电容作为一个理想电阻。如果电源电压的频率高,那么电容的电抗值就低,并且在这一阶段电容作为一个好导体。从上面的方程可以清楚地看出,如果频率为无穷大,电抗为零,而在频率为零的地方,电抗值为无穷大。

对频率的容抗

图3。电抗与频率的关系。

上图显示了电源电压的容抗、电流和频率之间的关系。这里我们观察到,如果频率低,那么电抗就高。充电电流随频率的增加而增加,因为电压的变化率随时间的增加而增加。电抗在频率为零时为无限大值,反之亦然。

交流电容例1

找出流过连接到660V和40Hz电源的3uF电容的电路电流的有效值。

容抗,

XC = 1/2πfC

在这里,

f = 40赫兹

C = 3佛罗里达大学

Vrms v = 660

现在,

Xc = 1/(2 × 3.14 × 40hz × 3 × 10-6) = 1326Ω

Irms = Vrms/XC = 660V/1326Ω = 497mA

例2:交流电容

找到流过电路的电流的有效值有5uF电容连接到880V和50Hz的电源。

容抗,

XC = 1/2πfC

在这里,

f = 50赫兹

C = 5佛罗里达大学

Vrms v = 880

现在,

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可以实际观察到电容器的电抗与电源电压的频率成反比关系。在例1中,频率为40HZ时,电抗为1326Ω,但频率增加到50HZ时,电抗值减小为636Ω,如例2所示。因此很明显,一个电容的电抗是与频率和电容成反比的。

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