電容元件、電感元件的并聯(lián)及串聯(lián)優(yōu)秀課件

1、第六章第六章 儲能元件儲能元件6-1 6-1 電容元件電容元件6-2 6-2 電感元件電感元件6-3 6-3 電容、電感元件的串聯(lián)與并聯(lián)電容、電感元件的串聯(lián)與并聯(lián)6-1 電容元件電容元件 電容器電容器：由兩塊金屬極板間隔以不同的介質(zhì)（如云：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。母、瓷介質(zhì)、絕緣紙、聚酯膜、電解質(zhì)等）組成。當(dāng)當(dāng)在極板上外加電壓后，在兩塊極板上將分別聚集等量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。能量。將電源移去后，電荷仍可繼續(xù)聚集在極板

2、上，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。因此電場繼續(xù)存在。因此電容器是一種能夠儲存電荷或以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場形式儲存能量的器件。_+ qqU電導(dǎo)體由絕緣材料分電導(dǎo)體由絕緣材料分開就可以產(chǎn)生電容。開就可以產(chǎn)生電容。注意qu1.1.定義定義 電容元件：儲存電場能的兩端元件。電容元件：儲存電場能的兩端元件。任何時刻其任何時刻其儲儲存的電荷存的電荷q與其兩端電壓與其兩端電壓u 之間為代數(shù)關(guān)系之間為代數(shù)關(guān)系f(u,q)=0，可以用可以用qu平面上過原點的一條曲線來描述。平面上過原點的一條曲線來描述。1 1）定義）定義2.2.線性電容元件線性電容元件庫

3、伏特性庫伏特性qu非線性電容非線性電容線性電容線性電容 ：任何時刻其：任何時刻其儲存的電荷儲存的電荷q與其電壓與其電壓u成正比成正比，q-u特性曲線是過原點的一條直線特性曲線是過原點的一條直線。Cuq 電容電容，正常數(shù)正常數(shù)；單位單位：F(法拉法拉)，常用常用 F, pF表示表示Cuitqidd3）電壓、電流關(guān)系電壓、電流關(guān)系(VCR)關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向tiCt ud ) (1) (微分形式微分形式tuCidd1 F=10-6F，1pF=10-12F2）電路符號）電路符號C b. 當(dāng)當(dāng)u為常數(shù)為常數(shù)(直流直流)時，時，i=0，電容相當(dāng)于開路，因，電容相當(dāng)于開路，因此電容有隔斷直流的作用。

4、此電容有隔斷直流的作用。 c. 實際電路中電容電流實際電路中電容電流i為有限值，因此電容電壓為有限值，因此電容電壓u必定是時間的連續(xù)函數(shù)，即必定是時間的連續(xù)函數(shù)，即電容電壓不會突變電容電壓不會突變。 a. 電容電流電容電流i的大小取決于電壓的大小取決于電壓u的變化率的變化率，而，而與與u 的大小無關(guān)，因此的大小無關(guān)，因此電容為動態(tài)元件電容為動態(tài)元件。表明tuLtid)(1)(tuCiddttiCtu0d)(1)(00) (21) (2tLitWL積分形式積分形式 a. 任何時刻電容電壓任何時刻電容電壓u的大小與的大小與- -到該時刻的到該時刻的所有電流值有關(guān)，即所有電流值有關(guān)，即電容元件有記憶

5、電流的作用，因電容元件有記憶電流的作用，因此稱電容為記憶元件此稱電容為記憶元件。表明 b. 研究某一初始時刻研究某一初始時刻t0以后的電容電壓，需要知道以后的電容電壓，需要知道t0時刻的電容電壓時刻的電容電壓u(t0)和和t0時刻及以后的電容電流。時刻及以后的電容電流。非非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向微分形式微分形式積分形式積分形式4）功率與儲能）功率與儲能功率功率u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向取關(guān)聯(lián)參考方向放反充反tiLudd tuCuddtuCdduCutdd)(d)( 電容元件在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量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)又把能量轉(zhuǎn)化為電場

6、能量儲存起來，在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此釋放回電路，因此電容元件是儲能元件，自身不消耗電容元件是儲能元件，自身不消耗能量能量。表明)(21)(21022tCutCuWC)(Stu 從從t0到到t 電容儲能的變化量：電容儲能的變化量：tLi)(212儲能儲能tCu)(212)(21) (2122CutCu0放正 電容為無源元件，其儲能只與當(dāng)前的電壓有電容為無源元件，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關(guān)，電容電壓不能突變，反映了其儲能不能突變。表明s 2 0s 21 42s 10 20 0)(StttttttuC0.5Fi求電容電流求電容電流i、功率、功率

7、P(t)和儲能和儲能W(t)。21t /s20uS/V解解uS (t)的函數(shù)表示式為的函數(shù)表示式為: :stttttuCti2 0s21 1s 10 10 0dd)(S例例s 2 0s 21 42s 10 20 0)()()(Stttttttitutp21t /s1i/A-121t /s20p/W-2吸收吸收功率功率發(fā)出發(fā)出功率功率Li21t /s10WC/J幾種常見的實際電容器幾種常見的實際電容器安規(guī)電容安規(guī)電容uCCCuCCu21211uqC 2121CCCCCuCCCuCCu21122瓷片電容瓷片電容電解電容電解電容獨石電容獨石電容tiLLuuudd)(2121金屬膜電容金屬膜電容可調(diào)電

8、容可調(diào)電容 紐扣式法拉電容紐扣式法拉電容 貼片鉭電容貼片鉭電容實際電容器的電路模型：實際電容器的電路模型：_q+qiCuGCuiCuGs2 0s21 )2(s10 0 0)(21)(222CtttttttCutWL電力電容器電力電容器沖擊電壓發(fā)生器沖擊電壓發(fā)生器 超級電容器：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)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)。組成的雙電層結(jié)構(gòu)。 特點：特點：介于電容介于電容和電池之間新型儲和電池之間新型儲能器件。能器件。具有具有超大超大容量，功率密度和容量，功率密度和用途：用途：不間斷電源，備用電源，不間斷電源，備用電源，驅(qū)動

9、電源驅(qū)動電源；電動汽車動力電源電動汽車動力電源。tttuLuL00d ) (1d ) (1和能量密度高，可大電流快速充和能量密度高，可大電流快速充放電，效率高，循環(huán)壽命長。放電，效率高，循環(huán)壽命長。6-2 電感元件電感元件 電感線圈電感線圈：把金屬導(dǎo)線繞在骨架上，構(gòu)成一個電感：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。磁場而具有磁場能量。電感線圈是一種能夠產(chǎn)生磁場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。以磁場形式儲存能量的器件。i+- -u ：每匝線圈的磁通：每匝線圈的磁通N：線

10、圈匝數(shù)：線圈匝數(shù) ：線圈的磁鏈：線圈的磁鏈 =N i 1. 定義定義非線性電感非線性電感 i線性電感線性電感 電感元件：儲存磁場能的兩端元件。電感元件：儲存磁場能的兩端元件。任何時刻其所任何時刻其所交鏈的磁鏈交鏈的磁鏈 與其電流與其電流i 之間為代數(shù)關(guān)系之間為代數(shù)關(guān)系f( ,i)=0，可，可以用以用 i平面上過原點的一條曲線來描述。平面上過原點的一條曲線來描述。韋安特性韋安特性1 1）定義）定義2.2.線性電感元件線性電感元件 ：任何時刻其：任何時刻其交鏈的磁鏈交鏈的磁鏈 與其電流與其電流i成正比成正比， -i 特性曲線是過原點的一條直線特性曲線是過原點的一條直線。tiLudd電感或自感電感或

11、自感，正常數(shù)正常數(shù)；單位單位：H(亨利亨利)，常用常用 H、mH表示表示。tudd)(tu2）電路符號）電路符號L3）電壓、電流關(guān)系電壓、電流關(guān)系(VCR)+uiitiLddLtiL dd1mH=10-3H，1 H=10-6H關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向微分形式微分形式 b. 當(dāng)當(dāng)i為常數(shù)為常數(shù)(直流直流)時，時，u=0，電感相當(dāng)于短路，電感相當(dāng)于短路。 c. 實際電路中電感電壓實際電路中電感電壓u為有限值，因此電感電流為有限值，因此電感電流i必定是時間的連續(xù)函數(shù)，即必定是時間的連續(xù)函數(shù)，即電感電流不會突變電感電流不會突變。 a. 電感電壓電感電壓u的大小取決于電流的大小取決于電流i的變化率的變化

12、率，而，而與電流與電流i 的大小無關(guān)，因此的大小無關(guān)，因此電感為動態(tài)元件電感為動態(tài)元件。表明tttiCiC00d )(1d )(1ttuLti0d)(1)(0 ttuLt it i0d ) (1) () (0積分形式積分形式 a. 任何時刻電感電流任何時刻電感電流i的大小與的大小與- -到該時刻的到該時刻的所有電壓值有關(guān)，即所有電壓值有關(guān)，即電感元件有記憶電壓的作用，因電感元件有記憶電壓的作用，因此電感也是記憶元件此電感也是記憶元件。表明 b. 研究某一初始時刻研究某一初始時刻t0以后的電感電流，需要知道以后的電感電流，需要知道t0時刻的電感電流時刻的電感電流 i(t0)和和t0時刻及以后的電

13、感電壓。時刻及以后的電感電壓。非非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向充正)(21)(2122LitLi微分形式微分形式積分形式積分形式4）功率與儲能）功率與儲能功率功率u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向取關(guān)聯(lián)參考方向iLptWtCd ) () (放反充反tiLudd tuCdduCutdd)(d)( 電感元件在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量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，因此釋放回電路，因此電感元件是儲能元件，自身不消耗電感元件是儲能元件，自身不消耗能量能量。表明tiLudd11iLitdd)(d)( 從從t

14、0到到t 電感儲能的變化量：電感儲能的變化量：ttiCtutu0d)(1)()(0儲能儲能tiLudd22)(212tLi0) (21) (21022tLitLiWL 電感為無源元件，其儲能只與當(dāng)前的電流有電感為無源元件，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關(guān)，電感電流不能突變，反映了其儲能不能突變。表明)( ti)( ti貼片型功率電感貼片型功率電感貼片電感貼片電感)( ti貼片型空心線圈貼片型空心線圈可調(diào)式電感可調(diào)式電感)( ti)( ti)( ti環(huán)形線圈環(huán)形線圈立式功率型電感立式功率型電感tuCdd電抗器電抗器6-3 電容、電感元件的串聯(lián)與并聯(lián)電容、電感元件

15、的串聯(lián)與并聯(lián)1.1.電容的串聯(lián)電容的串聯(lián)1）等效電容）等效電容211 11 CCCtiCCuuud )()11(2121等等效效iu+C-u1uC2C1u2+-i-ptWtLd )() (uLLLuLLu211112）串聯(lián)電容的分壓）串聯(lián)電容的分壓uip 21 LLL2.2.電容的并聯(lián)電容的并聯(lián)1）等效電容）等效電容i2i1u+-C1C2ituCidd22 21CCC 等等效效iu+C-tuCidd2）并聯(lián)電容的分流）并聯(lián)電容的分流tiLddtuCidd11tiCd)(1iCCCiCCi211113.3.電感的串聯(lián)電感的串聯(lián)1）等效電感）等效電感u1uL2L1u2+-i-tiCud )(1110)(21)(2tCutWCiCCCiCCi21222iu+-LtuCCiiidd)(21212）串聯(lián)電感的