電容和電感是怎樣改變電流相位的?

寧玉新


電容和電感是怎樣改變電流相位的?

答:沒有學習過高等數學的閱讀者看這個回答,可能是雲裡霧裡放光彩的一頭霧水;既然有網友提出這個問題,本人用幾十年前曾經瞭解過的知識,給提問者來回答一下,這裡只是供提問者參考。

回答這個問題時,首先了解一下交流正弦波作用於電阻、電容、電感兩端的電壓、電動勢與電流的關係式,見下圖所示。


上圖中的圖(a)的UR=RI;圖(b)的UR=-RI;圖(c)的Uc=1/c∫idt;圖(d)的Uc=-1/c∫idt;圖(e)的UL=-eL=-(-Ldi/dt)=Ldi/dt;圖(f)的UL=eL=Ldi/dt。這是根據電工學中的換路定律(也稱為“開閉定律”)得出來的。

換路定律的意思是說,電路中的儲能元件在換路前後瞬間能量不能突變的客觀規律。因為電容的能量依賴於它的電壓,而電感的能量則依賴於它的電流。其數學式子為Uc(0∧+)=Uc(0∧-);

IL(0∧+)=IL(0∧-);就是說電容電壓在換路的最初瞬間《U(0∧+)》和在換路前的終了瞬間《U(0∧-)》是相等的;電感電流在換路後的最初瞬間《IL(0∧+)》和在換路前的終了瞬間《IL(0∧-)》也是相等的。應該注意,這一定律只有在做到了電容電流或電感電壓在換路瞬間保持為有限值時才成立。此外,電容的電流和電感的電壓的跳變是允許的,這並不違反換路定律。另外換路定律可用於確定電路中電容電壓的初始值和電感電流的初始值,以及由此間接確定的電路其它變量的初始值。


為了其他閱讀者也能夠簡單理解,本人用通俗易懂的說法來說一下,電工學中明確指出,電阻器屬於耗能器件,符合歐姆定律I=U/R的規律;電容在兩端加載交流電壓時,其電壓不會突變,此時它具有容抗,即Xc=1/ωC=1/2πfC,可見電容器的容抗與頻率有關係,頻率f越大則ω=2πf也越大,故容抗Xc就越小,電流Ic越大,

故它為儲能器件;電感在交流電路中,它形成感抗,即對交流電流有阻礙作用,用數學公式表示為XL=ωL=2πfL,可見感抗也與頻率有關係,頻率越大,2πf越大,故XL也越大,電流IL越小。簡單地說,電路中的電容改變的是電壓,而電感則改變的是電流,所以這樣它們共同作用下,將交流交流改變了。

以上為個人觀點,僅供大家參考,希望對大家有一點幫助。

知足常樂2019.7.6日於上海


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