电容器以电荷的形式将能量存储在其导电板上。电容器中存储的电荷量 (Q) 与极板电压成线性比例。因此，交流电容是电容器连接到正弦交流电源时用于存储电荷的容量的度量。
　　当电容器连接在直流电源电压上时，它会以其时间常数确定的速率充电至所施加电压的值，并且只要电源电压存在，就会无限期地维持或保持该电荷。
　　在此充电过程中，充电电流i流入电容器，与电压的任何变化相反，其速率等于极板上电荷的变化率。因此，电容器对流到其极板上的电流有阻力。
　　该充电电流与电容器电源电压变化率之间的关系可以在数学上定义为： i = C(dv/dt)，其中 C 是电容器的电容值（以法拉为单位），dv/dt 是电容器电源电压变化率电源电压随时间的变化。一旦“充满电”，电容器就会阻止更多的电子流到其板上，因为它们已经饱和，电容器现在就像一个临时存储设备。
　　即使直流电源电压被移除，纯电容器也会无限期地在其极板上保持该电荷。然而，在包含“交流电容”的正弦电压电路中，电容器将以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。
　　当交流正弦电压施加到交流电容器的极板时，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。电容器两端电压的瞬时变化与将电荷沉积（或释放）到极板上需要一定时间的事实相反，由V = Q/C给出。考虑下面的电路。

　　正弦电源的交流电容

     交流电容

　　当上述电路中的开关闭合时，高电流将开始流入电容器，因为在t = 0时极板上没有电荷。正弦电源电压V在给定为0 o的时刻穿过零参考轴时，以其速率沿正方向增加。由于极板间电势差的变化率现在处于值，因此随着数量的电子从一个极板移动到另一极板，流入电容器的电流也将达到速率。
　　当正弦电源电压达到波形上的 90点时，它开始减慢，并且在非常短暂的瞬间，极板之间的电势差既不增加也不减少，因此电流减小到零，因为没有电压速率改变。
　　在这个 90点处，电容器两端的电势差达到值 (  V max  )，没有电流流入电容器，因为电容器现在已完全充电并且其极板已充满电子。
　　在该时刻结束时，电源电压开始沿负方向向 180° 的零参考线下降。尽管电源电压本质上仍然为正，但电容器开始释放其极板上的一些多余电子，以努力保持恒定电压。这导致电容器电流沿相反或负方向流动。
　　当电源电压波形在时刻 180 o穿过零参考轴点时，正弦电源电压的变化率或斜率处于其值，但方向为负，因此流入电容器的电流也处于其速率那一瞬间。同样，在这个 180 o点，由于电荷量均匀分布在两个极板之间，因此极板之间的电势差为零。
　　然后，在 0 °到 180°的前半个周期内，在电流达到正值后的四分之一 (1/4f) 周期，施加的电压达到正值，换句话说，施加到纯电容电路的电压“滞后”电流四分之一周期或 90 °，如下所示。

　　交流电容的正弦波形

　　交流电容波形
　　在后半周期 180 °至 360 °期间，电源电压反转方向并朝 270 °处的负峰值前进。此时，极板间的电位差既不减少也不增加，电流减小至零。电容器两端的电位差处于负值，没有电流流入电容器，并且与 90 点时相同但方向相反，电容器充满电。
　　当负电源电压开始向零参考线上的360 °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，以像以前一样保持恒定电压，并开始自行放电，直到电源电压恢复正常。电压在360°时达到零，此时充电和放电过程再次开始。
　　从电压和电流波形以及上面的描述，我们可以看到电流总是超前电压 1/4 个周期或π/2 = 90 o与电容器两端的电位差“异相”，因为这个充电和放电过程。那么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篇教程中看到的交流电感的相位关系完全相反。
　　这种效应也可以用相量图来表示，其中在纯电容电路中，电压“滞后”电流 90 °。但通过使用电压作为参考，我们也可以说电流“”电压四分之一周期或 90 °，如下方矢量图所示。
　　交流电容相量图
　　因此，对于纯电容器，V C “滞后” IC 90 o ，或者我们可以说I C “超前” V C 90 o。
　　有很多不同的方法来记住纯交流电容电路中流动的电压和电流之间的相位关系，但一种非常简单且易于记住的方法是使用称为“ICE”的助记表达式。
　　ICE代表交流电容中的电流I ， C代表电动势。换句话说，电容器I、C、E中的电压之前的电流等于“ICE”，并且无论电压从哪个相位角开始，该表达式对于纯交流电容电路始终成立。

　　容抗

　　因此，我们现在知道，电容器会抵抗电压的变化，因为电容器充电和放电时，电容器极板上的电子流与电容器极板上的电压变化率成正比。与电阻器中电流流动的阻力是其实际电阻不同，电容器中电流流动的阻力称为电抗。
　　与电阻一样，电抗以欧姆为单位测量，但用符号X来区分它与纯电阻R值，并且由于所讨论的组件是电容器，因此电容器的电抗称为电容电抗(  X C  )，其测量值以欧姆为单位。
　　由于电容器的充电和放电与它们两端的电压变化率成正比，因此电压变化越快，流过的电流就越大。同样，电压变化越慢，流过的电流就越少。这意味着交流电容器的电抗与电源频率“成反比”，如图所示。
　　容抗
　　容抗
　　其中：X C是以欧姆为单位的容抗，f是以赫兹为单位的频率，C是以法拉为单位的交流电容，符号F。

　　在处理交流电容时，我们还可以用弧度来定义容抗，其中 Omega, ω等于2πific。

　　交流电容的欧米伽值
　　从上面的公式我们可以看到，随着频率的增加，容抗的值及其总阻抗（以欧姆为单位）逐渐趋于零，就像短路一样。同样，当频率接近零或直流时，电容器电抗增加到无穷大，就像开路一样，这就是电容器阻止直流的原因。
　　容抗与频率之间的关系与我们在上一篇教程中看到的感抗 ( X L )完全相反 。这意味着容抗“与频率成反比”，并且在低频时具有高值，在较高频率时具有低值，如图所示。

　　容抗与频率的关系

　　容抗与频率的关系
　　电容器的容抗随着其极板上的频率增加而减小。因此，容抗与频率成反比。容抗阻碍电流流动，但极板上的静电荷（其交流电容值）保持恒定。
　　这意味着电容器在每个半周期内更容易完全吸收其极板上的电荷变化。此外，随着频率的增加，流入电容器的电流值也会增加，因为其极板上的电压变化率会增加。

　　我们可以如下表示极低和极高频率对纯交流电容电抗的影响：

　　频率对容抗的影响

　　在包含纯电容的交流电路中，流入电容器的电流（电子流）如下：

　　流经交流电容的电流

　　因此，流入交流电容的均方根电流定义为：

　　交流电容器中的电流
　　其中：I C  = V/(1/ωC)（或I C  = V/X C）是电流幅度，θ = + 90 o是电压和电流之间的相位差或相位角。对于纯电容电路，Ic超前Vc 90 °，或者Vc滞后Ic 90 °。
　　相量域

　　在相量域中，交流电容极板上的电压为：

　　交流电容上的相量域电压

　　在极坐标形式中，这将写为：   X C ∠-90 o其中：

　　交流电容器的阻抗交流电容器
　　交流电容器的阻抗方程
　　串联 R + C 电路上的交流电
　　从上面我们已经看到，流入纯交流电容的电流超前电压90 °。但在现实世界中，不可能有纯交流电容，因为所有电容器的极板都会有一定的内阻，从而产生漏电流。
　　然后我们可以将我们的电容器视为具有电阻R与电容串联的电容器，C产生可以宽松地称为“不纯电容器”的电容器。
　　如果电容器有一些“内部”电阻，那么我们需要将电容器的总阻抗表示为与电容串联的电阻，并且在包含电容、 C和电阻的交流电路中， R 为电压相量，V为组合将等于两个分量电压VR和V C的相量和。
　　这意味着流入电容器的电流仍将于电压，但于电压的量小于 90 ° ，具体取决于R和C的值，这为我们提供了相量和以及它们之间相应的相位角（由希腊符号 phi 给出） , Φ .
　　考虑下面的串联 RC 电路，其中欧姆电阻R与纯电容C串联。

　　串联阻容电路

　　交流电路中的交流电容
　　在上面的RC串联电路中，我们可以看到流入电路的电流是电阻和电容共同的，而电压由V R和V C两个分量电压组成。
　　这两个分量的终电压可以通过数学方法找到，但由于矢量V R和V C异相90 °，因此可以通过构造矢量图以矢量方式将它们相加。
　　为了能够生成交流电容的矢量图，必须找到参考或公共组件。在串联交流电路中，电流很常见，因此可以用作参考源，因为相同的电流流过电阻并流入电容。纯电阻和纯电容的单独矢量图如下：

　　两个纯分量的矢量图

　　交流电容矢量图
　　交流电阻的电压和电流矢量彼此同相，因此电压矢量VR被叠加绘制到电流矢量上。
　　我们还知道，在纯交流电容电路中，电流超前于电压 (ICE)，因此电压矢量V C比电流矢量落后（滞后）90 ° ，并且与V R具有相同的比例，如图所示。

　　合成电压的矢量图

　　结果矢量图
　　在上面的矢量图中，线OB代表水平电流参考，线OA是与电流同相的电阻元件两端的电压。线OC显示电容电压落后电流 90 o，因此仍然可以看出电流超前纯电容电压 90 o。OD线为我们提供了终的电源电压。
　　由于电流超前于纯电容中的电压 90 o，因此从各个电压降VR和VC绘制的结果相量图代表了上面显示为OAD的直角电压三角形。然后，我们还可以使用毕达哥拉斯定理以数学方式找到电阻器/电容器 (RC) 电路上的合成电压值。

　　由于VR  = IR且V C  = IX C ，所施加的电压将是两者的矢量和，如下所示。

　　电压三角形
　　该数量  RC电路的阻抗  代表电路的阻抗Z。
　　交流电容的阻抗
　　阻抗Z的单位为欧姆Ω，是交流电路中电流流动的“总”阻力，其中包含电阻（实部）和电抗（虚部）。纯电阻性阻抗的相位角为 0 °，而纯电容性阻抗的相位角为 -90 °。
　　然而，当电阻器和电容器在同一电路中连接在一起时，总阻抗的相位角将介于 0 °和 90 °之间，具体取决于所用元件的值。然后可以使用阻抗三角形找到上面所示的简单 RC 电路的阻抗。

　　RC 阻抗三角形

　　交流电容的阻抗电容的阻抗三角形
　　那么：     ( 阻抗 ) 2  = ( 电阻 ) 2  + (  j 电抗 ) 2  其中j代表 90 o相移。
　　这意味着通过使用毕达哥拉斯定理，电压和电流之间的负相位角θ计算如下。
　　相位角
　　电阻和电抗之间的相位角
　　交流电容示例 No1

　　单相正弦交流电源电压定义为：   V (t) = 240 sin(314t – 20 o )连接到200uF的纯交流电容。确定流入电容器的电流值并绘制相量图。

　　交流电容示例

　　电容器两端的峰值电压将与电源电压相同。将此时域值转换为极坐标形式可得出：V C = 240 ∠-20 o (v)。容抗为：X C = 1/( ω.200uF )。然后可以使用欧姆定律找到流入电容器的瞬时电流：

　　电容器电流

　　在交流电容电路中，电流超前电压 90°，相量图如下：

　　相量图
　　交流电容示例 No2

　　内阻为 10Ω、电容值为 100uF 的电容器连接到电源电压，该电源电压为V (t) = 100 sin (314t)。计算流入电容器的峰值瞬时电流。还构建一个电压三角形，显示各个电压降。

　　交流电容示例 2

　　容抗和电路阻抗计算如下：

　　电路阻抗

　　那么流入电容器和电路的峰值电流如下：

　　电容器电流

　　电流和电压之间的相位角根据上面的阻抗三角形计算如下：

　　相位角 phi

　　然后电路周围的各个电压降计算如下：

　　电压下降

　　那么计算出的峰值的终电压三角形将是：

　　电压相量图
　　交流电容总结
　　在纯交流电容电路中，电压和电流都是“异相”的，电流超前电压90° ，我们可以用助记符“ICE”来记住这一点。
　　电容器的交流电阻值称为阻抗 (Z)，与频率相关，而电容器的电抗值称为“容抗” X C。在交流电容电路中，该容抗 ( X C ) 值等于1/( 2πificC )或1/( -jωC )
　　到目前为止，我们已经看到，所有三个纯无源元件的电压和电流之间的关系并不相同并且发生变化。在电阻中，相位角为 0 o，在电感中，相位角为 +90 o ，而在电容中，相位角为 -90 o。
　　在下一篇关于串联 RLC 电路的教程中，我们将研究当应用稳态正弦交流波形以及相应的相量图表示时，所有这三个无源组件在同一串联电路中连接在一起时的电压-电流关系。