电容器不做同样的事吗电阻。电阻器允许电子流直接与电压降成正比,而电容器则相反变化在电压中,当它们充电或放电到新的电压水平时,产生或提供电流。
电子流“通过”一个电容器是直接正比的变动率电容上的电压。对电压变化的反对是另一种形式的电抗,但一个恰恰相反的类型所展示的电感。
通过电容的电流与通过电容的电压变化率之间的数学关系式为:
表达式德/ dt是微积分中的一个,意思是瞬时电压(e)随时间的变化率,单位是伏特/秒。电容(C)的单位是法拉,当然瞬时电流(i)的单位是安培。
有时你会发现电压随时间的瞬时变化率用dv/dt表示,而不是de/dt:用小写字母“v”代替或用“e”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,我们来分析一个简单的电容电路:
纯电容电路:电容电压滞后电容电流90°
如果我们画出这个非常简单的电路的电流和电压,它会像这样:
纯电容电路波形。
记住,通过电容器的电流是反应对改变在电压在它。
因此,瞬时电流为零每当瞬时电压在一个峰值(零变化,或边坡水平,电压正弦波),和瞬时电流的峰值在瞬时电压最大变化(上的点的最大斜率电压波,与零线)。
这导致电压波与电流波相位差为-90°。从图中可以看出,当前的波形似乎在电压波形上有一个“领先开始”;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°。
正如你可能已经猜到的,我们在简单电感电路中看到的不同寻常的功率波也存在于简单电容电路中:
在纯电容电路中,瞬时功率可以是正的,也可以是负的。
与简单的电感电路一样,电压和电流之间的90度相移会产生一个在正负极之间相等交替的功率波。这意味着一个电容器不耗散功率,因为它对电压的变化作出反应;它只是交替地吸收和释放能量。
一个电容器对电压变化的反对,通常转化为交流电压的反对,根据定义,交流电压总是在瞬时大小和方向上变化。
对于给定频率下的任意给定电压大小,一个给定尺寸的电容器将“传导”一定的交流电流大小。
就像通过电阻的电流是通过电阻的电压和电阻提供的电阻的函数一样,通过电容的交流电流是通过电容的交流电压的函数电抗由电容器提供。
与电感器一样,电容的电抗用欧姆表示,用字母X(更确切地说是XC)表示。
由于电容器的“传导”电流与电压变化率成比例,它们将通过更多的电流来传递更快变化的电压(因为它们在更短的时间内充放电到相同的电压峰值),而通过更少的电流来传递更慢变化的电压。
这意味着任何电容器的电抗欧姆都是反向与交流电流的频率成正比。
频率(赫兹) | 电抗(欧姆) |
60 | 26.5258 |
120 | 13.2629 |
2500 | 0.6366 |
请注意,容性电抗与频率的关系与感性电抗的关系正好相反。
电容电抗(欧姆)随着交流频率的增加而减小。相反,电感电抗(欧姆)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更快变化的电流;电容器通过允许更大的电流来对抗更快变化的电压下降。
与电感器,电抗方程的2πf项可代之以小写希腊字母ω,称为角速度交流电路。因此,方程XC = 1/(2πfC)也可以写成XC = 1/(ω c), ω的单位为弧度/秒。
简单电容电路中的交流电等于电压(单位伏特)除以电容抗(单位欧姆),就像简单电阻电路中的交流电或直流电等于电压(单位伏特)除以电阻(单位欧姆)一样。下面的电路举例说明了这种数学关系:
容性电抗。
但是,我们需要记住,这里的电压和电流不在此处。如前所述,电流相对于电压具有+ 90°的相移。如果我们代表数学上的电压和电流的这些相位,我们可以计算电容器的反应性对电流的相位角。
电容器中电压使电流滞后90°。
从数学上讲,我们说电容对电流的阻力的相位角是-90°,这意味着电容对电流的阻力是一个负的虚数。(参见上图)。在电路分析中,特别是在电抗和电阻相互作用的复杂交流电路中,这种无功阻抗的相位角变得至关重要。
这将被证明是有益的代表任何用复数表示的元件对电流的反对,而不仅仅是电阻和电抗的标量。
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