電容元件和電感元件ppt課件

1、 電路中有三個重要和基本的無源電路元件，前面已講述了電阻元件。這節(jié)講述另外兩種電路元件：電容用字母C表示和電感用字母L表示）。 電容和電感元件能夠把從電源吸收的能量儲存起來，并能夠釋放所儲存的能量倒電路中去。3.3 電容元件和電感元件 電容元件種類很多，但基本結(jié)構(gòu)都是類似的，都是由兩個可導(dǎo)電的金屬板間隔著不導(dǎo)電的絕緣材料介質(zhì)而構(gòu)成。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-3-1所示 介質(zhì)可以是絕緣紙、真空、玻璃、陶瓷、云母、聚苯乙烯等絕緣材料。3.3.1 電容元件 介質(zhì)（絕緣材料）金屬板圖3-3-13.3.1 電容元件1.電容的符號 符號如圖3-3-2所示。圖3-3-2 CCC固定電容固定極性電容可變電容3.3.1

2、 電容元件2、電容的單位 電荷量與端電壓的比值叫做電容元件的電容，理想電容器的電容為一常數(shù)。 電容的單位為法拉，簡稱法，符號為F。常用單位有：微法(F)，皮法(pF)。）（伏特）（庫侖VuCqC 3.3.1 電容元件3、庫伏特性 uqC C不隨u和q改變稱為線性電容，上式表示的電容元件電荷量與電壓之間的約束關(guān)系，稱為線性電容的庫伏特性，它是過坐標(biāo)原點的一條直線。如圖3-3-3所示。qCiq_uCq0Vu圖3-3-34、電容元件的伏安特性 圖3-3-4給出了電容元件的電壓電流參考方向，其電壓與電流的關(guān)系有:t dudci 電容的伏安特性說明：任一瞬間，電容電流的大小與該瞬間電壓變化率成正比，而與

3、這一瞬間電壓大小無關(guān) 。電容元件對直流相當(dāng)于開路。3.3.1 電容元件qCiq_u圖3-3-4t duduCuip5、電容元件的電場能 1電容元件的功率 3.3.1 電容元件 p0，表明電容元件在儲存能量，p0，表明電容元件在釋放能量。（電壓與電流的方向是否關(guān)聯(lián)）2電容元件的電場能 )t (CuudCut dP)t (cW)t (ut02021 電容元件從u(0)=0(電場能為零)增大到u(t)時，總共吸收的能量，即t時刻電容的電場能量。 當(dāng)電容電壓由u減小到零時，釋放的電場能量也按上式計算。 動態(tài)電路中，電容和外電路進(jìn)行著電場能和其它能的相互轉(zhuǎn)換，本身不消耗能量。 3.3.1 電容元件6、電

4、容的串并聯(lián) 1電容的并聯(lián) 如圖3-3-5所示 。對于線性電容元件有：qqqq321321CCCC那么： 當(dāng)電容器的耐壓值符合要求，但容量不夠時，可將幾個電容并聯(lián)。 3.3.1 電容元件圖3-3-51C2C3C1q2q3quCuq 2) 電容的串聯(lián) 如圖3-3-6所示，對于線性電容元件有 321uuuu那么 CCCC3211111 電容串聯(lián)的等效電容的倒數(shù)等于各電容倒數(shù)之和。電容的串聯(lián)使總電容值減少。3.3.1 電容元件圖 3-3-6uCq1C2C3Cqqqqqqu1u2u3u 電感元件在電子工業(yè)和電力系統(tǒng)中應(yīng)用很多，可用于發(fā)電機、變壓器、收音機、電視、雷達(dá)、電動機、繼電器等。 將一根導(dǎo)線按照一

5、定的形狀繞制成線圈則為一簡單的電感元件。如圖3-3-7所示。3.3.2 電感元件ui圖3-3-7 1、電感元件符號 電感元件是實際電感線圈的理想化模型。其符號如圖3-3-8所示。 3.3.2 電感元件圖3-3-8 L空心線圈L鐵心線圈L可變鐵心線圈3.3.2 電感元件 2、電感元件單位 磁鏈與產(chǎn)生它的電流的比值叫做電感元件的電感或自感用字母L表示。 電感的單位為亨(利)，符號為H，常用的單位有毫亨(mH)、微亨(H)。 電感元件的電感為一常數(shù)，磁鏈總是與產(chǎn)生它的電流i成線性關(guān)系，即iL3.3.2 電感元件3、韋安特性iL 上式所表示的電感元件磁鏈與產(chǎn)生它的電流之間的約束關(guān)系稱為線性電感的韋安特

6、性,是過坐標(biāo)原點的一條直線。如圖3-3-9所示。圖3-3-9uii03.3.2 電感元件 4、電感元件的伏安特性 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電壓等于磁鏈的變化率。當(dāng)電壓的參考極性與磁通的參考方向符合右手螺旋定則時，可得dtdudtdiLdtdLidtdu那么： 電感元件的伏安特性說明：任一瞬間，電感元件端電壓的大小與該瞬間電流的變化率成正比，而與該瞬間的電流無關(guān)。電感元件也稱為動態(tài)元件，它所在的電路稱為動態(tài)電路。電感對直流起短路作用。 3.3.2 電感元件 5、電感元件的磁場能 在關(guān)聯(lián)參考方向下，電感吸收的功率 dtdiLiuip p0，表明電感元件在儲存能量，p0，表明電感元件在釋放能量。（電壓

7、與電流的方向是否關(guān)聯(lián)）3.3.2 電感元件 電感電流從 增大到 總共吸收的能量，即t時刻電感的磁場能量00)( i)t( i)t (LiidtLdtp)t (W)t( itL20021 當(dāng)電感的電流從某一值減小到零時，釋放的磁場能量也可按上式計算。在動態(tài)電路中，電感元件和外電路進(jìn)行著磁場能與其它能相互轉(zhuǎn)換，本身不消耗能量。3.4 三種元件伏安特性的相量形式 在正弦交流電路中，接入同頻率正弦交流電源的三種電路基本元件，電阻、電容和電感中的電流和電壓都將是同頻率的正弦量，所以可由它們的時域形式轉(zhuǎn)換成相量形式。3.4.1 電阻元件 1、伏安特性 在圖3-4-1中，設(shè)電流為)sin(2)(itIti)

8、sin(2)sin(2)(uitUtRIRituuiRab圖3-4-1 上式表明:電阻兩端電壓 u 和電流 i 為同頻率同相位的正弦量，它們之間關(guān)系如下:uiRIU則有3.4.1 電阻元件其電壓與電流的波形圖如圖3-4-2所示p, i ,uuipt0PmmmIUP UIPPm21圖3-4-23.4.1 電阻元件那么，電壓與電流的相量關(guān)系為：IRU電壓電流的相量模型及相量圖如圖3-4-3所示圖3-4-3UIRab相量模型IUiu相量圖3.4.1 電阻元件2、功率 1瞬間功率 在關(guān)聯(lián)參考方向下電阻元件吸收的瞬時功率p=ui，為了計算方便設(shè) 0i0212222)tcos(UItsinUItsinIt

9、sinUp那么 公式表明了電阻的瞬時功率總是為正，即電阻總是在消耗功率，同時也說明電阻是耗能元件。波形圖如圖3-4-2所示。3.4.1 電阻元件 2平均功率 平均功率定義為瞬時功率p在一個周期T內(nèi)的平均值，用大寫字母P表示。即RURIUIdt)tcos(UITdt)t(pTPTT22211100又稱為有功功率，其單位是瓦(W)或千瓦(kW) 3.4.2 電感元件 1伏安特性 在圖3-4-4中，設(shè)通過電感元件的電流為)tsin(I)t ( ii2)tsin(U)tsin(LI)itcos(LIdtdiL)t(uui2222iuL圖3-4-4則有 上式表明電感兩端電壓 u 和電流 i 是同頻率的正

10、弦量，電壓超前電流90。3.4.2 電感元件其電壓與電流的波形圖如圖3-4-5所示+-uipi ,u,p0t4T4T4T4T4T圖3-4-53.4.2 電感元件電壓電流的相量模型及相量圖如圖3-4-6所示那么電壓與電流的大小關(guān)系為：LIU090iu那么電壓與電流的相位關(guān)系為：ILjU那么電壓與電流的相量關(guān)系為：圖3-4-6IULUIiu相量模型相量圖3.4.2 電感元件2、感抗 （X L) 即當(dāng)U一定時，L越大，I越小?？梢奓反映了電感對正弦交流電流的阻礙作用，因此稱它為電感電抗，簡稱感抗，用X L表示。LUILIU由可知即mmLIUIUfLLX2感抗的單位是歐姆。3.4.2 電感元件 由感抗

11、的公式可知， XL由電感L及電路中的頻率f決定。而當(dāng)L一定時，電感對電流的阻礙作用，即XL的大小由f決定，兩者成正比關(guān)系。所以電感元件對高頻電流有較大的阻力實際設(shè)備中的高頻扼流圈），對低頻電流阻力較小，而對直流f=0電感相當(dāng)于短路。fLLXL23.4.2 電感元件感抗的倒數(shù)稱為感納，用BL表示，即LLXB1 它的單位是西門子S），顯然，感納表示電感對正弦交流電流的導(dǎo)通能力 有了感抗和感納，那么電感元件的電壓電流的相量關(guān)系可表示為：UjBIIjXULL3.4.2 電感元件2、功率 1瞬時功率 在關(guān)聯(lián)參考方向下，當(dāng) 時,電感吸收的瞬時功率為0itsinUItsintcosUItsinI)tsin(

12、Uuip22222 由上式可看出，電感的瞬時功率為一個兩倍于電壓或電流頻率的正弦量。波形圖如圖3-4-5所示3.4.2 電感元件2平均功率02111000TTTtdtsinUITuidtTpdtTP 電感元件在一個周期內(nèi)的平均功率為零正、負(fù)波形相抵消）。表明電感元件不消耗能量，只是在電源和元件間進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，同時說明電感確實為儲能元件。3.4.2 電感元件3無功功率Q）無功功率是用來描述儲能元件與電源交換能量的規(guī)模。XUXIUIQLLL22單位是乏var)3.4.3 電容元件1、伏安特性在圖3-4-7中，設(shè)加在電容兩端的電壓為uiC圖3-4-7V)tsin(U)t (uu2那么A)tsin(

13、CU)tsin(CU)tcos(CUdtduC)t( iiuu2222 上式表明電容電流和端電壓是同頻率的正弦量，電流超前電壓90。3.4.3 電容元件其電壓與電流的波形圖如圖3-4-8所示圖3-4-8i ,u,puipt04T4T4T4T3.4.3 電容元件電壓電流的相量模型及相量圖如圖3-4-9所示那么電壓與電流的大小關(guān)系為：CUI090ui那么電壓與電流的相位關(guān)系為：UCjI那么電壓與電流的相量關(guān)系為：U圖3-4-9Iiu相量圖相量模型UIC3.4.3 電容元件2、容抗 （X C)CUICUI1由可知即mmCIUIUfCCX211容抗的單位是歐姆。 即當(dāng)U一定時， 越大，I越小?？梢?反

14、映了電容對正弦交流電流的阻礙作用，因此稱它為電容電抗，簡稱容抗，用XC表示。C1C13.4.3 電容元件 由容抗的公式可知， XC由電容C及電路中的頻率f決定。而當(dāng)C一定時，電容對電流的阻礙作用，即XC的大小由f決定，兩者成反比關(guān)系。所以電容元件對低頻電流有較大的阻力，對高頻電流阻力較小，實際電路中的旁路電容就是利用了電容的這一特性。而對直流f=0電容相當(dāng)于短路，即具有隔斷直流電流的作用隔直）。fCCXC2113.4.3 電容元件容抗的倒數(shù)稱為容納，用BC表示，即CXBCC1 它的單位是西門子S），顯然，容納表示電容對正弦交流電流的導(dǎo)通能力 有了容抗和容納，那么電容元件的電壓電流的相量關(guān)系可表示為：UjBIIjXUCC3.4.3 電容元件2、功率 1瞬時功率 在關(guān)聯(lián)參考方向下，當(dāng) 時,電容吸收的瞬時功率為0utsinUItcostsinUI)tsin(ItsinUuip2222