介紹
當直流電源電壓施加到電容器上時,電容器緩慢充電,最后到達完全充電位置。此時,電容器的充電電壓等于電源電壓。
在這里,只要施加電壓,電容器就充當能量源。電容器在充滿電后不允許電流 (i) 通過它們。流過電路的電流取決于電容器極板中的電荷量,并且電流與施加到電路的電壓變化率成正比。即 i = dQ/dt = C dV(t)/dt。
如果將交流電源電壓施加到電容器電路,則電容器根據(jù)電源電壓的頻率速率連續(xù)充電和放電。交流電路中電容器的電容取決于施加在其上的電源電壓的頻率。在交流電路中,當電源電壓相對于時間連續(xù)變化時,電容器允許電流。
交流電容器電路
在上面的電路中,我們觀察到電容器直接連接到交流電源電壓。在這里,電容器根據(jù)電源電壓的變化不斷充電和放電,因為交流電源電壓值不斷增加和減少。我們都知道,流過電路的電流與施加電壓的變化率成正比。
在這里,如果電源電壓從正半周期越過其值到負半周期,則充電電流具有高值,反之亦然。即在 00和 1800在正弦波信號中。當正弦波中的電源電壓越過其最大或最小峰值(Vm)時,流過電容器的電流具有其最小值。因此,我們可以說流過電路的充電電流是最大或最小,具體取決于正弦波中的電源電壓電平。
交流電容相量圖
交流電容器的相量圖如上圖所示,這里的電壓和電流以正弦波形式表示。在上圖中,我們觀察到在 00充電電流處于最大值,因為電壓在正方向上緩慢增加。90歲時0沒有電流流過電容器,因為此時電源電壓處于其最大峰值。
在 1800點電壓緩慢降至零,電流在負方向上處于最大值。充電再次達到360的最大值0,因為此時電源電壓處于最小值。
從上圖中的波形可以看出,電流領(lǐng)先電壓900.因此,我們可以說,在理想的電容器電路中,交流電壓滯后電流900.
容抗
我們知道,流過電容器的電流與施加電壓的變化率成正比,但電容器也提供某種形式的電阻,與電阻器一樣。交流電路中電容器的這種電阻稱為容抗或通常稱為電抗。電容電抗是電容器的特性,它反對交流電路中的電流流動。它用符號Xc表示,并以歐姆為單位測量,與類似電阻相同。
我們需要一些額外的能量來超過容抗來為電路中的電容器充電。該值與電容值和電源電壓頻率成反比。
Xc∝ 1/c 和 Xc∝ 1/f。
容抗方程和影響它們的參數(shù)將在下面討論。
容抗,
XC = 1/2πfC = 1/ωC
這里
XC = 電容器的電抗
f = 頻率(以赫茲為單位)
C = 電容器的電容,單位為法拉
Ω (歐米茄) = 2πf
從上式中我們了解到,當頻率和電容值較低時,容抗很高,在此階段,電容器充當完美的電阻器。如果電源電壓的頻率高,則電容器的電抗值較低,并且在此階段電容器充當良導體。從上式可以清楚地看出,如果頻率為無窮大,則電抗為零,而當頻率為零時,電抗值為無窮大。
容抗頻率
上圖顯示了電源電壓的容抗、電流和頻率之間的關(guān)系。在這里,我們觀察到,如果頻率低,則電抗很高。充電電流隨著頻率的增加而增加,因為電壓的變化率隨著時間的推移而增加。電抗在頻率為零時處于無窮大值,反之亦然。
交流電容示例No1
求出流過具有連接到 3V 和 660Hz 電源的 40uF 電容器的電路的電流的均方根值。
XC = 1/2πfC
f = 40HZ
C = 3uF
Vrms = 660V
現(xiàn)在
XC = 1/(2 × 3.14 × 40HZ × 3 × 10-6) = 1326?
IRMS = Vrms/XC = 660V/1326Ω = 497mA
交流電容示例No2
求出流過具有連接到 5V 和 880Hz 電源的 50uF 電容器的電路的電流的均方根值。
f = 50HZ
C = 5uF
Vrms = 880V
XC = 1/(2 × 3.14 × 50HZ × 5 × 10-6) = 636Ω
Irms = Vrms/XC = 880V/636? = 1.38 A
從上述兩個例子中,我們觀察到電容器的電抗取決于電源電壓的頻率,并且呈成反比關(guān)系。在示例1中,電抗為1326HZ的頻率為40Ω,但當頻率增加到636HZ時,電抗值降低到50Ω,如示例2所示。
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