交流纯电容电路中,电压和电流与电容的关系

本文主要介绍交流纯电容电路中,电容的容抗、容量和频率与电压和电流的关系。
电容容抗
如果不考虑电容器本身存在的泄露电阻影响,可以认为电容器是一个纯电容负载。当电容器两端接在交流电压上,在电压由零增至最大的过程中,对电容器充电,将会产生充电电流。在电压由最大值降低至零过程中,电容器放电,将会产生放电电流。
如上图所示。电容器在充电和放电的过程中,在电路中形成了电流。但是电容器存储电荷的能力并不是无限制的,积有了电荷或积满了电荷时,就会对电流表现出一种抗拒作用,这种抗拒作用称为电容电抗,简称容抗。用符号xc表示,单位是欧姆。
从实验得知:电容器的电容c越大,频率f越高,则其容抗xc就越小。
他们之间的关系为:
上述公式中:π=3.14
f:表示频率,单位赫兹(hz)c:表示电容容量,单位法(f)由上式可见:当电容c一定时,容抗xc与频率f成正比,即电容元件具有通高频阻低频的特性。
当f=0时,xc=∞(无限大)。即直流电通不过电容器,可视为开路。
电容两级电压与电流的关系
理论证明,在纯电容电路中,电容器两级间的电压的有效值uc与电路中电流的有效值ic之间的关系为:
电容器开始充电时(即电压从零开始增大),电容器的极板上没有电荷,此时存储电容容易,一个很小的电压便能产生很大的电流,此状态充电电流最大。
后来极板上电荷积多了,同性电荷相互排斥,并随着电容器所带电荷的增加,要想电容器充电就受到了越来越大的阻力,电压必须继续升高,才能继续存储一些电荷进去,因此电流逐渐减小,到电压升到最大值时,极板上电荷已储满,此时电流减小到零。
即ic不是与uc成正比变化的,而是与uc的变化率成正比变化的。
uc与ic变化的关系如下左图所示,由图知,uc与ic的相位差为90° ,且电流ic超前电压uc 90°,用相量图表示如下图所示。
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10-0616:26
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