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电容和电感是怎样改变电流相位的?

电容和电感是怎样改变电流相位的?

答:没有学习过高等数学的阅读者看这个回答,可能是云里雾里放光彩的一头雾水;既然有网友提出这个问题,本人用几十年前曾经了解过的知识,给提问者来回答一下,这里只是供提问者参考。

回答这个问题时,首先了解一下交流正弦波作用于电阻、电容、电感两端的电压、电动势与电流的关系式,见下图所示。


上图中的图(a)的UR=RI;图(b)的UR=-RI;图(c)的Uc=1/c∫idt;图(d)的Uc=-1/c∫idt;图(e)的UL=-eL=-(-Ldi/dt)=Ldi/dt;图(f)的UL=eL=Ldi/dt。这是根据电工学中的换路定律(也称为“开闭定律”)得出来的。

换路定律的意思是说,电路中的储能元件在换路前后瞬间能量不能突变的客观规律。因为电容的能量依赖于它的电压,而电感的能量则依赖于它的电流。其数学式子为Uc(0∧+)=Uc(0∧-);

IL(0∧+)=IL(0∧-);就是说电容电压在换路的最初瞬间《U(0∧+)》和在换路前的终了瞬间《U(0∧-)》是相等的;电感电流在换路后的最初瞬间《IL(0∧+)》和在换路前的终了瞬间《IL(0∧-)》也是相等的。应该注意,这一定律只有在做到了电容电流或电感电压在换路瞬间保持为有限值时才成立。此外,电容的电流和电感的电压的跳变是允许的,这并不违反换路定律。另外换路定律可用于确定电路中电容电压的初始值和电感电流的初始值,以及由此间接确定的电路其它变量的初始值。


为了其他阅读者也能够简单理解,本人用通俗易懂的说法来说一下,电工学中明确指出,电阻器属于耗能器件,符合欧姆定律I=U/R的规律;电容在两端加载交流电压时,其电压不会突变,此时它具有容抗,即Xc=1/ωC=1/2πfC,可见电容器的容抗与频率有关系,频率f越大则ω=2πf也越大,故容抗Xc就越小,电流Ic越大,

故它为储能器件;电感在交流电路中,它形成感抗,即对交流电流有阻碍作用,用数学公式表示为XL=ωL=2πfL,可见感抗也与频率有关系,频率越大,2πf越大,故XL也越大,电流IL越小。简单地说,电路中的电容改变的是电压,而电感则改变的是电流,所以这样它们共同作用下,将交流交流改变了。

以上为个人观点,仅供大家参考,希望对大家有一点帮助。

知足常乐2019.7.6日于上海

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