電路第五版_第6章儲能元件

1、第6章 儲能元件,本章重點(diǎn),1. 電容元件的特性,3. 電容、電感的串并聯(lián)等效,重點(diǎn),2. 電感元件的特性,返 回,6.1 電容元件,電容器,在外電源作用下，正負(fù)電極上分別帶上等量異號電荷，撤去電源，電極上的電荷仍可長久地聚集下去，是一種儲存電能的部件,下 頁,上 頁,電導(dǎo)體由絕緣材料分開就可以產(chǎn)生電容,注意,返 回,1. 定義,電容元件,儲存電能的兩端元件。任何時(shí)刻其儲存的電荷 q 與其兩端的電壓 u能用qu 平面上的一條曲線來描述,下 頁,上 頁,庫伏 特性,o,返 回,任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷q與電壓 u 成正比。qu 特性曲線是過原點(diǎn)的直線,下 頁,上 頁,2.線性時(shí)不變電容元件

2、,電容器的電容,返 回,電路符號,F (法拉), 常用F，pF等表示,單位,下 頁,上 頁,1F=106 F 1 F =106pF,返 回,3. 電容的電壓電流關(guān)系,電容元件VCR的微分形式,下 頁,上 頁,u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向,返 回,當(dāng) u 為常數(shù)(直流)時(shí)，i =0。電容相當(dāng)于開路，電容有隔斷直流作用,下 頁,上 頁,表明,某一時(shí)刻電容電流 i 的大小取決于電容電壓 u 的變化率,而與該時(shí)刻電壓 u 的大小無關(guān)。電容是動(dòng)態(tài)元件,返 回,實(shí)際電路中通過電容的電流 i 為有限值，則電容電壓 u 必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù),下 頁,上 頁,返 回,某一時(shí)刻的電容電壓值與-到該時(shí)刻的所有電流值有關(guān)，

3、即電容元件有記憶電流的作用，故稱電容元件為記憶元件,表明,下 頁,上 頁,研究某一初始時(shí)刻t0 以后的電容電壓，需要知道t0時(shí)刻開始作用的電流 i 和t0時(shí)刻的電壓 u（t0,電容元件VCR的積分形式,返 回,當(dāng)電容的 u，i 為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，上述微分和積分表達(dá)式前要冠以負(fù)號,下 頁,上 頁,注意,上式中u(t0)稱為電容電壓的初始值，它反映電容初始時(shí)刻的儲能狀況，也稱為初始狀態(tài),返 回,4.電容的功率和儲能,當(dāng)電容充電， p 0, 電容吸收功率,當(dāng)電容放電，p 0, 電容發(fā)出功率,功率,電容能在一段時(shí)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(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電容元件

4、是儲能元件，它本身不消耗能量,u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向,下 頁,上 頁,表明,返 回,從t0到 t 電容儲能的變化量,電容的儲能,下 頁,上 頁,返 回,電容的儲能只與當(dāng)時(shí)的電壓值有關(guān)，電容電壓不能躍變，反映了儲能不能躍變； 電容儲存的能量一定大于或等于零,下 頁,上 頁,表明,返 回,例,求電容電流i、功率P (t)和儲能W (t,電源波形,解,uS (t)的函數(shù)表示式為,下 頁,上 頁,返 回,解得電流,下 頁,上 頁,0,返 回,吸收功率,發(fā)出功率,下 頁,上 頁,返 回,下 頁,上 頁,返 回,若已知電流求電容電壓，有,下 頁,上 頁,0,返 回,實(shí)際電容器的模型,下 頁,上 頁,返

5、回,下 頁,上 頁,實(shí)際電容器,返 回,下 頁,上 頁,電力電容,返 回,下 頁,上 頁,沖擊電壓發(fā)生器,返 回,6.2 電感元件,電感線圈,把金屬導(dǎo)線繞在一骨架上構(gòu)成一實(shí)際電感線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，將產(chǎn)生磁通，是一種抵抗電流變化、儲存磁能的部件,(t)N (t,下 頁,上 頁,返 回,1. 定義,電感元件,儲存磁能的兩端元件。任何時(shí)刻，其特性可用i 平面上的一條曲線來描述,下 頁,上 頁,韋安 特性,o,返 回,任何時(shí)刻，通過電感元件的電流 i 與其磁鏈 成正比。 i 特性為過原點(diǎn)的直線,2. 線性時(shí)不變電感元件,下 頁,上 頁,返 回,電路符號,H (亨利)，常用H，mH表示,單位,下

6、頁,上 頁,電感器的自感,1H=103 mH 1 mH =103 H,返 回,3.線性電感的電壓、電流關(guān)系,u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向,電感元件VCR的微分關(guān)系,根據(jù)電磁感應(yīng)定律與楞次定律,下 頁,上 頁,返 回,電感電壓u 的大小取決于i 的變化率, 與 i 的大小無關(guān)，電感是動(dòng)態(tài)元件,當(dāng)i為常數(shù)(直流)時(shí)，u =0。電感相當(dāng)于短路,實(shí)際電路中電感的電壓 u為有限值，則電感電流 i 不能躍變，必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù),下 頁,上 頁,表明,返 回,電感元件VCR的積分關(guān)系,下 頁,上 頁,表明,某一時(shí)刻的電感電流值與-到該時(shí)刻的所有電流值有關(guān)，即電感元件有記憶電壓的作用，電感元件也是記憶元件,研究某

7、一初始時(shí)刻t0 以后的電感電流，不需要了解t0以前的電流，只需知道t0時(shí)刻開始作用的電壓 u 和t0時(shí)刻的電流 i（t0,返 回,下 頁,上 頁,注意,當(dāng)電感的 u，i 為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，上述微分和積分表達(dá)式前要冠以負(fù)號,上式中 i(t0)稱為電感電壓的初始值，它反映電感初始時(shí)刻的儲能狀況，也稱為初始狀態(tài),返 回,下 頁,上 頁,4.電感的功率和儲能,功率,u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向,當(dāng)電流增大，p0, 電感吸收功率,當(dāng)電流減小，p0, 電感發(fā)出功率,電感能在一段時(shí)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(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電感元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量,

8、表明,返 回,從t0到 t 電感儲能的變化量,電感的儲能,下 頁,上 頁,返 回,電感的儲能只與當(dāng)時(shí)的電流值有關(guān)，電感電流不能躍變，反映了儲能不能躍變。 電感儲存的能量一定大于或等于零,下 頁,上 頁,表明,返 回,實(shí)際電感線圈的模型,下 頁,上 頁,返 回,下 頁,上 頁,貼片型功率電感,貼片電感,返 回,下 頁,上 頁,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,返 回,下 頁,上 頁,電抗器,返 回,下 頁,上 頁,6.3 電容、電感元件的串聯(lián)與并聯(lián),1.電容的串聯(lián),等效電容,返 回,下 頁,上 頁,返 回,下 頁,上 頁,串聯(lián)電容的分壓,返 回,下 頁,上 頁,2.電容的并聯(lián),等效電容,返 回,下 頁,上 頁,并聯(lián)電容的分流,返 回,3. 電感的串聯(lián),下 頁,上 頁,等效電感,返 回,下 頁,上 頁,串聯(lián)電感的分壓,返 回,下 頁,上 頁,4.電感的并聯(lián),等效電感,返 回,下 頁,上 頁,并聯(lián)電感的分流,返 回,下 頁,上 頁,注意,以上雖然是關(guān)于兩個(gè)電容