33电容元件和电感元件.PPT

5.5电容元件和电感元件 电路中有三个重要和基本的无源电路元件，前面已讲述了电阻元件。这节讲述另外两种电路元件：电容（用字母C表示）和电感（用字母L表示）。 电容和电感元件能够把从电源吸收的能量储存起来，并能够释放所储存的能量倒电路中去。 电容元件 电容元件种类很多，但基本结构都是类似的，都是由两个可导电的金属板间隔着不导电的绝缘材料（介质）而构成。结构示意图如图5-5-1所示 介质可以是绝缘纸、真空、玻璃、陶瓷、云母、聚苯乙烯等绝缘材料。 电感元件 2）平均功率 电感元件在一个周期内的平均功率为零（正、负波形相抵消）。表明电感元件不消耗能量，只是在电源和元件间进行能量的转换，同时说明电感确实为储能元件。 电感元件 3）无功功率（Q） 无功功率是用来描述储能元件与电源交换能量的规模。 单位是乏（var) 电容元件 1、伏安特性 在图3-4-7中，设加在电容两端的电压为 图3-4-7 则 上式表明电容电流和端电压是同频率的正弦量，电流超前电压90°。 电容元件 其电压与电流的波形图如图3-4-8所示 图3-4-8 * * 介质 （绝缘材料） 金属板 图5-5-1 电容元件 1.电容的符号 符号如图5-5-2所示。 图5-5-2 固定电容 固定极性电容 可变电容 电容元件 2、电容的单位 电荷量与端电压的比值叫做电容元件的电容，理想电容器的电容为一常数。 电容的单位为法拉，简称法，符号为F。常用单位有：微法(μF)，皮法(pF)。 电容元件 3、库伏特性 C不随u和q改变称为线性电容，上式表示的电容元件电荷量与电压之间的约束关系，称为线性电容的库伏特性，它是过坐标原点的一条直线。如图5-5-3所示。 图5-5-3 4、电容元件的伏安特性 图3-3-4给出了电容元件的电压电流参考方向，其电压与电流的关系有: 电容的伏安特性说明：任一瞬间，电容电流的大小与该瞬间电压变化率成正比，而与这一瞬间电压大小无关 。电容元件对直流相当于开路。 电容元件 图3-3-4 5、电容元件的电场能 1）电容元件的功率 电容元件 p＞0，表明电容元件在储存能量，p＜0，表明电容元件在释放能量。（电压与电流的方向是否关联） 2）电容元件的电场能 电容元件从u(0)=0(电场能为零)增大到u(t)时，总共吸收的能量，即t时刻电容的电场能量。 当电容电压由u减小到零时，释放的电场能量也按上式计算。 动态电路中，电容和外电路进行着电场能和其它能的相互转换，本身不消耗能量。 电容元件 6、电容的串并联 1）电容的并联 如图3-3-5所示 。对于线性电容元件有： 则： 当电容器的耐压值符合要求，但容量不够时，可将几个电容并联。 电容元件 图3-3-5 2) 电容的串联 如图3-3-6所示，对于线性电容元件有 则 电容串联的等效电容的倒数等于各电容倒数之和。电容的串联使总电容值减少。 电容元件 图 3-3-6 电感元件在电子工业和电力系统中应用很多，可用于发电机、变压器、收音机、电视、雷达、电动机、继电器等。 将一根导线按照一定的形状绕制成线圈则为一简单的电感元件。如图3-3-7所示。 电感元件 图3-3-7 1、电感元件符号 电感元件是实际电感线圈的理想化模型。其符号如图3-3-8所示。 电感元件 图3-3-8 空心线圈 铁心线圈 可变铁心线圈 电感元件 2、电感元件单位 磁链与产生它的电流的比值叫做电感元件的电感或自感用字母L表示。 电感的单位为亨(利)，符号为H，常用的单位有毫亨(mH)、微亨(μH)。 电感元件的电感为一常数，磁链Ψ总是与产生它的电流i成线性关系，即 电感元件 3、韦安特性 上式所表示的电感元件磁链与产生它的电流之间的约束关系称为线性电感的韦安特性,是过坐标原点的一条直线。如图3-3-9所示。 图3-3-9 电感元件 4、电感元件的伏安特性 根据电磁感应定律，感应电压等于磁链的变化率。当电压的参考极性与磁通的参考方向符合右手螺旋定则时，可得 则： 电感元件的伏安特性说明：任一瞬间，电感元件端电压的大小与该瞬间电流的变化率成正比，而与该瞬间的电流无关。电感元件也称为动态元件，它所在的电路称为动态电路。电感对直流起短路作用。 电感元件 5、电感元件的磁场能 在关联参考方