電容元件、電感元件的并聯(lián)及串聯(lián)

1 第六章儲能元件 6 1電容元件 6 2電感元件 6 3電容 電感元件的串聯(lián)與并聯(lián) 2 6 1電容元件 電容器 由兩塊金屬極板間隔以不同的介質(zhì) 如云母 瓷介質(zhì) 絕緣紙 聚酯膜 電解質(zhì)等 組成 當(dāng)在極板上外加電壓后 在兩塊極板上將分別聚集等量的正 負(fù)電荷 并在介質(zhì)中建立起電場從而具有電場能量 將電源移去后 電荷仍可繼續(xù)聚集在極板上 電場繼續(xù)存在 因此電容器是一種能夠儲存電荷或以電場形式儲存能量的器件 電導(dǎo)體由絕緣材料分開就可以產(chǎn)生電容 注意 3 1 定義 電容元件 儲存電場能的兩端元件 任何時刻其儲存的電荷q與其兩端電壓u之間為代數(shù)關(guān)系f u q 0 可以用q u平面上過原點的一條曲線來描述 1 定義 2 線性電容元件 庫伏特性 非線性電容 線性電容 任何時刻其儲存的電荷q與其電壓u成正比 q u特性曲線是過原點的一條直線 4 電容 正常數(shù) 單位 F 法拉 常用 F pF表示 3 電壓 電流關(guān)系 VCR 關(guān)聯(lián)參考方向 微分形式 1 F 10 6F 1pF 10 12F 2 電路符號 5 b 當(dāng)u為常數(shù) 直流 時 i 0 電容相當(dāng)于開路 因此電容有隔斷直流的作用 c 實際電路中電容電流i為有限值 因此電容電壓u必定是時間的連續(xù)函數(shù) 即電容電壓不會突變 a 電容電流i的大小取決于電壓u的變化率 而與u的大小無關(guān) 因此電容為動態(tài)元件 表明 積分形式 6 a 任何時刻電容電壓u的大小與 到該時刻的所有電流值有關(guān) 即電容元件有記憶電流的作用 因此稱電容為記憶元件 表明 b 研究某一初始時刻t0以后的電容電壓 需要知道t0時刻的電容電壓u t0 和t0時刻及以后的電容電流 非關(guān)聯(lián)參考方向 微分形式 積分形式 7 4 功率與儲能 功率 u i取關(guān)聯(lián)參考方向 電容元件在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為電場能量儲存起來 在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路 因此電容元件是儲能元件 自身不消耗能量 表明 8 從t0到t電容儲能的變化量 儲能 0 電容為無源元件 其儲能只與當(dāng)前的電壓有關(guān) 電容電壓不能突變 反映了其儲能不能突變 表明 9 求電容電流i 功率P t 和儲能W t 解 uS t 的函數(shù)表示式為 例 10 吸收功率 發(fā)出功率 11 幾種常見的實際電容器 安規(guī)電容 瓷片電容 電解電容 獨石電容 金屬膜電容 可調(diào)電容 紐扣式法拉電容 貼片鉭電容 12 實際電容器的電路模型 13 電力電容器 14 沖擊電壓發(fā)生器 15 超級電容器 又稱雙電層電容器 利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu) 特點 介于電容和電池之間新型儲能器件 具有超大容量 功率密度和 用途 不間斷電源 備用電源 驅(qū)動電源 電動汽車動力電源 和能量密度高 可大電流快速充放電 效率高 循環(huán)壽命長 16 6 2電感元件 電感線圈 把金屬導(dǎo)線繞在骨架上 構(gòu)成一個電感線圈 當(dāng)電流通過線圈時 線圈中及其周圍就會產(chǎn)生磁場而具有磁場能量 電感線圈是一種能夠產(chǎn)生磁場以磁場形式儲存能量的器件 每匝線圈的磁通N 線圈匝數(shù) 線圈的磁鏈 N 17 1 定義 非線性電感 線性電感 電感元件 儲存磁場能的兩端元件 任何時刻其所交鏈的磁鏈 與其電流i之間為代數(shù)關(guān)系f i 0 可以用 i平面上過原點的一條曲線來描述 韋安特性 1 定義 2 線性電感元件 任何時刻其交鏈的磁鏈 與其電流i成正比 i特性曲線是過原點的一條直線 18 電感或自感 正常數(shù) 單位 H 亨利 常用 H mH表示 2 電路符號 L 3 電壓 電流關(guān)系 VCR 1mH 10 3H 1 H 10 6H 關(guān)聯(lián)參考方向 微分形式 19 b 當(dāng)i為常數(shù) 直流 時 u 0 電感相當(dāng)于短路 c 實際電路中電感電壓u為有限值 因此電感電流i必定是時間的連續(xù)函數(shù) 即電感電流不會突變 a 電感電壓u的大小取決于電流i的變化率 而與電流i的大小無關(guān) 因此電感為動態(tài)元件 表明 積分形式 20 a 任何時刻電感電流i的大小與 到該時刻的所有電壓值有關(guān) 即電感元件有記憶電壓的作用 因此電感也是記憶元件 表明 b 研究某一初始時刻t0以后的電感電流 需要知道t0時刻的電感電流i t0 和t0時刻及以后的電感電壓 非關(guān)聯(lián)參考方向 微分形式 積分形式 21 4 功率與儲能 功率 u i取關(guān)聯(lián)參考方向 電感元件在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為磁場能量儲存起來 在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路 因此電感元件是儲能元件 自身不消耗能量 表明 22 從t0到t電感儲能的變化量 儲能 0 電感為無源元件 其儲能只與當(dāng)前的電流有關(guān) 電感電流不能突變 反映了其儲能不能突變 表明 23 貼片型功率電感 貼片電感 24 貼片型空心線圈 可調(diào)式電感 環(huán)形線圈 立式功率型電感 25 電抗器 26 6 3電容 電感元件的串聯(lián)與并聯(lián) 1 電容的串聯(lián) 1 等效電容 2 串聯(lián)電容的分壓 27 2 電容的并聯(lián) 1 等效電容 2 并聯(lián)電容的分流