本文主要介紹交流純電容電路中,電容的容抗、容量和頻率與電壓和電流的關係。
電容容抗
如果不考慮電容器本身存在的洩露電阻影響,可以認為電容器是一個純電容負載。當電容器兩端接在交流電壓上,在電壓由零增至最大的過程中,對電容器充電,將會產生充電電流。在電壓由最大值降低至零過程中,電容器放電,將會產生放電電流。
如上圖所示。電容器在充電和放電的過程中,在電路中形成了電流。但是電容器存儲電荷的能力並不是無限制的,積有了電荷或積滿了電荷時,就會對電流表現出一種抗拒作用,這種抗拒作用稱為電容電抗,簡稱容抗。用符號Xc表示,單位是歐姆。
從實驗得知:電容器的電容C越大,頻率f越高,則其容抗Xc就越小。
他們之間的關係為:
上述公式中:π=3.14
f:表示頻率,單位赫茲(Hz)C:表示電容容量,單位法(F)由上式可見:當電容C一定時,容抗Xc與頻率f成正比,即電容元件具有通高頻阻低頻的特性。
當f=0時,XC=∞(無限大)。即直流電通不過電容器,可視為開路。
電容兩級電壓與電流的關係
理論證明,在純電容電路中,電容器兩級間的電壓的有效值Uc與電路中電流的有效值Ic之間的關係為:
電容器開始充電時(即電壓從零開始增大),電容器的極板上沒有電荷,此時存儲電容容易,一個很小的電壓便能產生很大的電流,此狀態充電電流最大。
後來極板上電荷積多了,同性電荷相互排斥,並隨著電容器所帶電荷的增加,要想電容器充電就受到了越來越大的阻力,電壓必須繼續升高,才能繼續存儲一些電荷進去,因此電流逐漸減小,到電壓升到最大值時,極板上電荷已儲滿,此時電流減小到零。
即ic不是與uc成正比變化的,而是與uc的變化率成正比變化的。
uc與ic變化的關係如下左圖所示,由圖知,uc與ic的相位差為90° ,且電流ic超前電壓uc 90°,用相量圖表示如下圖所示。