电路课件 电路06 储能元件.pptVIP

电路 第6章 储能元件 §6-1 - §6-3 第6章 储能元件 6-1 电容元件 工程技术中，电容器应用极广。电容器虽然品种、规格各异，构成原理都是由间隔以不同介质(如云母、绝缘纸、电解质等)的两块金属极板组成。在极板上加电压后，极板上分别聚集起等量的正、负电荷，并在介质中建立电场而具有电场能量。将电源移去后，电荷可继续聚集在极板上，电场继续存在。 （a）缩箔插引线片结构 （b）铝箔凸出折边结构 电容器元件结构 1-薄膜；2-铝箔；3-电容器纸；4-引线片 实际电容器 电力电容器 冲击电压发生器 电容元件及其库伏特性-1 电容器是能储存电荷或储存电场能量部件。电容元件是这种物理现象的电路模型。 元件特性：电荷q与电压u代数关系 线性电容元件符号图6-1a，电压参考极性与极板储存电荷极性一致，有 q＝Cu (6-1) C电容元件参数，称电容，正实常数。当电荷和电压单位分别用C和V表示时，电容单位F(法拉，简称法)。 电容元件及其库伏特性-２ 图6-1b线性电容库伏特性：一条通过原点直线。 电容元件i和u取关联参考方向，图a，VCR为 表明电流和电压变化率成正比。当电压剧变(即du/dt很大)时，电流很大。当电压不随时间变化时，电流为零。故电容在直流情况下其两端电压恒定，相当于开路，或电容有隔断直流(简称隔直)作用。 式(1-7)逆关系为 不定积分，写成定积分表达式 式中q(t0)为t0时刻电容所带电荷量。 物理意义：t时刻具有电荷量等于t0时电荷量加以t0到t时间间隔内增加电荷量。如指定t0为时间起点并设为零，可写为 对电压电流关系，由于u＝q/C，因此有 或 比较式(６-２)、(1-3) 可知： 电容u与i有动态关系，电容是动态元件。 式(６-７)可见，电容电压除与0到t电流值有关，还与u(0)有关，电容元件是有“记忆”元件。与之相比，电阻电压仅与该瞬间电流有关，是无记忆元件。 在电压和电流关联参考方向下，线性电容元件吸收功率： 电场能量-１ 从t=-∞到t，电容 吸收电场能量为 电容吸收能量以电场能量形式储存在电场中。认为t=-∞时，u(-∞)＝0，电场能量为零。电容元件在任何时刻t储存电场能量Wc(t)将等于吸收能量，写为 从t1到t2，电容元件吸收能量 电容充电时，|u(t2)|＞|u(t1)|，Wc(t2)＞Wc(t1)，此时间内吸收能量；电容放电时，Wc(t2)＜Wc(t1)，释放电能。 充电时吸收并储存能量在放电完毕时全部释放，不消耗能量。电容元件是一种储能元件。电容也不会释放多于吸收或储存能量，又是一种无源元件。 如电容库伏特性在u-q平面不通过原点，称非线性电容元件，晶体二极管中变容二极管是一种非线性电容，电容随所加电压而变。 一般电容器除储能外，也消耗部分电能，电容器模型是电容和电阻组合。电容器消耗电功率与所加电压直接相关，模型是并联组合。 电容器是为获得一定大小电容特意制成。但电容效应在许多场合存在，即分布电容和杂散电容。理论上，电位不相等导体间会有电场，有电荷聚集并有电场能量，即有电容效应存在。 　电容效应例 ※两根架空输电线间，每一根输电线与地间有分布电容。 ※晶体三极管或二极管电极间，甚至一个线圈线匝间也存在杂散电容。 是否在模型中计入这些电容，必须视工作条件下所起作用而定，当工作频率很高时，不应忽略其作用，以适当方式在模型中反映。 为叙述方便，把线性电容元件简称电容，本书“电容”术语及与相应符号C一方面表示电容元件，另一方面也表示元件参数。 ６-２ 电感元件 工程中广泛用导线绕制线圈。 例：电子电路中常用空心或带铁粉心高频线圈，电磁铁或变压器含有在铁心上绕制线圈。 线圈通电流后产生磁场随时间变化时，产生感应电压。 图６-２，电流i产生磁通ΦL与N匝线圈交链， 则磁通链ΨL＝NΦL。 感应电压 磁通ΦL和磁通链ΨL由线圈本身电流i产生，称自感磁通和自感磁通链。ΦL和ΨL方向与i参考方向右螺旋关系，如图。 当磁通链ΨL随时间变化，线圈端子间产生感应电压。 如感应电压u参考方向与ΨL成右螺旋关系，根据电磁感应定律，有 该式确定感应电压真实方向时，与楞次定律结果一致。 *　楞次定律 楞次定律：线圈中磁通变化引起的感应电动势，真实方向总是使产生感应电流试图阻止磁通变化。图中，当di/dt＞0，因而dΨL/dt＞0时，按式(６-９)知u＞0，即端子A电位高于端子B电位，如将A、B端子与外电路接通，有感应电流自A通过外电路流回B，再经线圈回到A，显然这一电流产生磁场阻止ΨL增长，与楞次定律相符。 电感