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电源技术之AC电容和电容电感(一)

2020-9-18 09:17:53  830 电源 电容 电流
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我们都知道电容器是一种储存电荷的“容器”。当电容器跨接在直流电源电压两端时,它将以由其时间常数确定的速率充电至所施加电压的值。

只要存在电源电压,电容器将无限期保持或保持该电荷。在该充电过程中,充电电流i以等于板上电荷变化率的速率流入电容器,与电压的任何变化相反。因此,电容器对流到其极板上的电流有反作用。

充电电流与电容器电源电压变化率之间的关系可以用数学公式定义为:i = C(dv / dt),其中C是电容器的电容值(以法拉为单位),而dv / dt是电容器的电容值。电源电压相对于时间的变化。一旦“完全充电”,电容器就会阻止更多的电子流到其极板上,因为它们已经饱和,电容器现在就像一个临时存储设备

即使去除了直流电源电压,纯电容器也会无限期地在其极板上保持该电荷。但是,在包含“ AC电容”的正弦电压电路中,电容器将以由电源频率确定的速率交替充电和放电。然后,交流电路中的电容器分别不断地充电和放电。

当向交流电容器的极板上施加交流正弦电压时,电容器首先沿一个方向充电,然后沿相反方向充电,以与交流电源电压相同的速率改变极性。电容器两端电压的这种瞬时变化与以下事实相反,即需要一定时间才能将电荷沉积(或释放)到板上,并由V = Q / C给出。考虑下面的电路。
具有正弦电源的交流电容

当上述电路中的开关闭合时,大电流将开始流入电容器,因为在t = 0时板上没有电荷。正弦电源电压V在给定时间为0 o的瞬间与零基准轴交叉时,以最大速率正向增加。由于现在极板上的电位差变化率处于最大值,因此,随着最大数量的电子从一个极板移动到另一个极板上,流入电容器的电流也将以最大速率流动。

当正弦电源电压在波形上达到其90 o点时,它开始变慢,并且在很短的时间内瞬时,极板上的电位差既没有增加也没有减少,因此,由于没有电压速率,电流减小到零。更改。在此90 o点,电容器两端的电位差达到最大值(  V max  ),因为电容器现在已充满电并且其极板充满电子,所以没有电流流入电容器。

在此瞬间结束时,电源电压在180 o处开始朝负基准线朝负方向下降。尽管电源电压本质上仍为正,但电容器开始释放其极板上的一些多余电子,以保持恒定电压。这导致电容器电流沿相反或负方向流动。

当电源电压波形在瞬间180 o越过零参考轴点时,正弦电源电压的变化率或斜率处于最大,但方向为负,因此流入电容器的电流也处于最大速率,即那一瞬间。同样在这个180 o点,由于电荷量均匀地分布在两块板之间,因此两块板之间的电位差为零。
然后,在前半个周期0 o至180 o内,施加的电压在电流达到其最大正值后四分之一(1 /4ƒ)达到其最大正值,换句话说,就是施加到纯电容电路的电压如下所示,“滞后”电流四分之一周期或90 o。
交流电容的正弦波形

在第二个半周期180 o至360 o期间,电源电压反向,并朝其负峰值270 o前进。此时,极板上的电位差既不减小也不增大,并且电流减小至零。电容器两端的电势差为最大负值,没有电流流入电容器,并且与90o点一样充满电,但方向相反。

当负电源电压开始朝着零基准线上的360 o点正向增加时,充满电的电容器现在必须释放一些多余的电子以保持以前的恒定电压,并开始自我放电直到电源电压在360 o达到零,然后充放电过程又重新开始。

从上面的电压和电流波形以及上面的描述,我们可以看出,电流始终领先于电压一个周期的1/4或π/ 2 = 90 o “异相”,电容器两端的电位差是因为充放电过程。然后,交流电容电路中电压和电流之间的相位关系与我们在上一教程中看到的交流电感的相位正好相反。

这种影响也可以通过相量图来表示,其中在纯电容性电路中,电压“滞后”电流为90 o。但是,通过使用电压作为参考,我们也可以说电流“领先”了电压四分之一周期或90 o,如下图所示。
相量图交流电容

因此,对于一个纯电容,Vc“滞后” Ic 90 °,或者我们可以说,Ic “引线” Vc 90 °。

纯交流电容电路中流过的电压和电流之间的相位关系的方法有很多,但是一种非常简单易记的方法是使用称为“ ICE”的助记符。ICE代表交流电中的电流I首先,C代表电动势,E代表电动势。换句话说,电容器中的电压I,C,E之前的电流等于“ ICE”,并且无论电压开始于哪个相位角,该表达式对于纯交流电容电路始终成立。

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李红涛 2020-9-18 09:54:13
楼主的分享非常有用
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王栋春 2020-9-18 22:54:25
建议楼主打包分享
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