交流电路的电容

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。

交流电容电路

图1。交流电容电路。

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,充电电流具有其高值,如果电源电压从正半周期交叉到负半周期,反之亦然。即在00和1800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.交流电容的相位图。

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充电电流处于其最大值,因为电压在正方向上慢慢增加。在900由于此时,电源电压在其最大峰值处,没有电流流过电容器。

在180年0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。

从上图中的波形中,我们可以看出,电流导致电压为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在电容电抗上,以对电路中的电容充电。该值与电容值和电源电压的频率成反比。

Xc∝1/c和Xc∝1/f。

下面讨论了影响它们的电容电抗的等式和影响它们的参数。

电容电抗,

XC = 1 /2πFC= 1 /Ωc

在这里,

XC =电容器的电抗

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。

抗频率的电容电抗

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。

交流电容示例NO1

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。

电容电抗,

XC = 1 /2πFC

在这里,

f = 40Hz.

C = 3佛罗里达大学

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

找到流过电流的电流RMS值,该电路具有连接到880V和50Hz电源的5UF电容。

电容电抗,

XC = 1 /2πFC

在这里,

f = 50Hz.

c = 5uf.

Vrms v = 880

现在,

Xc = 1/(2 × 3.14 × 50hz × 5 × 10-6) = 636Ω

Irms = Vrms/XC = 880V/636Ω = 1.38 A

从上述两个示例实际上,我们观察到电容器的电抗取决于电源电压的频率,并且它是成反比的关系。在实施例1中,电抗为40Hz的频率为1326Ω,但是当频率增加到50Hz时,电抗值减小到636Ω,这在实施例2中示出了。很清楚,电容器的电抗与频率成反比地成反比电容。

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