電路仿真中不可不知的3大交流電容知識(shí)

本文要點(diǎn)

什么是交流電容

交流電路中電容器的工作原理

交流電容器的實(shí)際應(yīng)用

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在新手時(shí)期，你是否見識(shí)過電容器爆炸？曾經(jīng)好奇心驅(qū)使，筆者在交流電中連上了一個(gè)電容器，結(jié)果“啪”的一聲巨響，一縷蘑菇狀的煙霧冒出，電容器的殘骸四處飛濺。這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)連的是極化電解電容器，而非交流電容器。那么問題來了，交流電容是什么？

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交流電容的概念

每個(gè)電子設(shè)計(jì)人員對(duì)電容器都不陌生。電容器由兩塊導(dǎo)電板組成，中間隔著一層電介質(zhì)。電容器的結(jié)構(gòu)使其能夠在電壓施加到端子時(shí)存儲(chǔ)電荷。

電容器存儲(chǔ)的電荷量與施加的電壓之比稱為電容。電容的單位是法拉 (F)，計(jì)算公式為：

C = Q/V

C 的數(shù)值越大，電容器在施加電壓時(shí)能夠存儲(chǔ)的電荷就越多。在直流和交流電路中，電容值都是電子設(shè)計(jì)人員的關(guān)注對(duì)象。不過，在這兩種電路中，電容器的行為有所不同。

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電容器在交流電路中的行為

當(dāng)非極化電容器連接到交流電源時(shí)，電容器就像一個(gè)閉合電路，但會(huì)改變電壓的相位。當(dāng)交流電源接通時(shí)，正循環(huán)將從一個(gè)端子對(duì)電容器充電，直到電荷量等于電壓。

一旦交流電壓達(dá)到峰值并下降，電容器將開始放電以維持電壓恒定。在這一階段，電流從電容器流向不同的方向。

當(dāng)交流電壓轉(zhuǎn)為負(fù)值時(shí)，將反過來對(duì)電容器充電。這一過程一直持續(xù)到負(fù)電壓將電容器充滿電為止。一旦電壓達(dá)到負(fù)峰值，電壓值就會(huì)上升。交流電容器的放電循環(huán)由此開始。

只要施加交流電源，放電循環(huán)就會(huì)持續(xù)進(jìn)行。繪制電壓和電流值時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)電流以 90° 的相位領(lǐng)先于電壓。如下圖所示：

在設(shè)計(jì)帶電容器的交流電路時(shí)，電容并不是唯一需要關(guān)注的變量。除了交流電容，還需要了解電容電抗。

理想電容器在存儲(chǔ)電荷時(shí)不會(huì)漏電。然而，由于存在一定的電阻，實(shí)際電容器確實(shí)存在一定的漏電。電容器中的電阻稱為電容電抗，計(jì)算公式為：

XC = 1/2πfC

電容電抗與交流電壓頻率和電容值成反比。后兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值越大，電抗越小，漏電就越多。

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電容器在交流電路中的應(yīng)用

交流電容器在電子設(shè)計(jì)中十分常見，可用于分相感應(yīng)電機(jī)，以提高效率和改善次級(jí)繞組的相移。比如說，水泵和空調(diào)中通常會(huì)用到交流電容器。

空調(diào)中的交流電容器

電源設(shè)計(jì)中也會(huì)發(fā)現(xiàn)交流電容器的身影。電容器有助于抑制噪音和調(diào)節(jié)電壓。交流電容器能夠存儲(chǔ)和釋放電荷，可提高電力傳輸?shù)男?。因此，帶電感?fù)載的系統(tǒng)也能從交流電容器中受益。交流電容器還有助于校正功率因數(shù)，補(bǔ)償電感負(fù)載造成的電流滯后。

在設(shè)計(jì)帶交流電容器的系統(tǒng)時(shí)，需要使用可靠的軟件對(duì)交流電容器的行為進(jìn)行仿真和分析，能夠讓設(shè)計(jì)工作事半功倍。

Cadence PSpice Simulator 提供精確的模型和仿真，其中數(shù)量達(dá)35,000 +的模型庫(kù)涵蓋廣泛，可幫助我們確保各類型電容器在交流電路中發(fā)揮正常功能。