1 第六章儲能元件 6 1電容元件 6 2電感元件 6 3電容 電感元件的串聯與并聯 2 6 1電容元件 電容器 由兩塊金屬極板間隔以不同的介質 如云母 瓷介質 絕緣紙 聚酯膜 電解質等 組成 當在極板上外加電壓后 在兩塊極板上將分別聚集等量的正 負電荷 并在介質中建立起電場從而具有電場能量 將電源移去后 電荷仍可繼續聚集在極板上 電場繼續存在 因此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 電導體由絕緣材料分開就可以產生電容 注意 3 1 定義 電容元件 儲存電場能的兩端元件 任何時刻其儲存的電荷q與其兩端電壓u之間為代數關系f u q 0 可以用q u平面上過原點的一條曲線來描述 1 定義 2 線性電容元件 庫伏特性 非線性電容 線性電容 任何時刻其儲存的電荷q與其電壓u成正比 q u特性曲線是過原點的一條直線 4 電容 正常數 單位 F 法拉 常用 F pF表示 3 電壓 電流關系 VCR 關聯參考方向 微分形式 1 F 10 6F 1pF 10 12F 2 電路符號 5 b 當u為常數 直流 時 i 0 電容相當于開路 因此電容有隔斷直流的作用 c 實際電路中電容電流i為有限值 因此電容電壓u必定是時間的連續函數 即電容電壓不會突變 a 電容電流i的大小取決于電壓u的變化率 而與u的大小無關 因此電容為動態元件 表明 積分形式 6 a 任何時刻電容電壓u的大小與 到該時刻的所有電流值有關 即電容元件有記憶電流的作用 因此稱電容為記憶元件 表明 b 研究某一初始時刻t0以后的電容電壓 需要知道t0時刻的電容電壓u t0 和t0時刻及以后的電容電流 非關聯參考方向 微分形式 積分形式 7 4 功率與儲能 功率 u i取關聯參考方向 電容元件在一段時間內吸收外部供給的能量轉化為電場能量儲存起來 在另一段時間內又把能量釋放回電路 因此電容元件是儲能元件 自身不消耗能量 表明 8 從t0到t電容儲能的變化量 儲能 0 電容為無源元件 其儲能只與當前的電壓有關 電容電壓不能突變 反映了其儲能不能突變 表明 9 求電容電流i 功率P t 和儲能W t 解 uS t 的函數表示式為 例 10 吸收功率 發出功率 11 幾種常見的實際電容器 安規電容 瓷片電容 電解電容 獨石電容 金屬膜電容 可調電容 紐扣式法拉電容 貼片鉭電容 12 實際電容器的電路模型 13 電力電容器 14 沖擊電壓發生器 15 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組成的雙電層結構 特點 介于電容和電池之間新型儲能器件 具有超大容量 功率密度和 用途 不間斷電源 備用電源 驅動電源 電動汽車動力電源 和能量密度高 可大電流快速充放電 效率高 循環壽命長 16 6 2電感元件 電感線圈 把金屬導線繞在骨架上 構成一個電感線圈 當電流通過線圈時 線圈中及其周圍就會產生磁場而具有磁場能量 電感線圈是一種能夠產生磁場以磁場形式儲存能量的器件 每匝線圈的磁通N 線圈匝數 線圈的磁鏈 N 17 1 定義 非線性電感 線性電感 電感元件 儲存磁場能的兩端元件 任何時刻其所交鏈的磁鏈 與其電流i之間為代數關系f i 0 可以用 i平面上過原點的一條曲線來描述 韋安特性 1 定義 2 線性電感元件 任何時刻其交鏈的磁鏈 與其電流i成正比 i特性曲線是過原點的一條直線 18 電感或自感 正常數 單位 H 亨利 常用 H mH表示 2 電路符號 L 3 電壓 電流關系 VCR 1mH 10 3H 1 H 10 6H 關聯參考方向 微分形式 19 b 當i為常數 直流 時 u 0 電感相當于短路 c 實際電路中電感電壓u為有限值 因此電感電流i必定是時間的連續函數 即電感電流不會突變 a 電感電壓u的大小取決于電流i的變化率 而與電流i的大小無關 因此電感為動態元件 表明 積分形式 20 a 任何時刻電感電流i的大小與 到該時刻的所有電壓值有關 即電感元件有記憶電壓的作用 因此電感也是記憶元件 表明 b 研究某一初始時刻t0以后的電感電流 需要知道t0時刻的電感電流i t0 和t0時刻及以后的電感電壓 非關聯參考方向 微分形式 積分形式 21 4 功率與儲能 功率 u i取關聯參考方向 電感元件在一段時間內吸收外部供給的能量轉化為磁場能量儲存起來 在另一段時間內又把能量釋放回電路 因此電感元件是儲能元件 自身不消耗能量 表明 22 從t0到t電感儲能的變化量 儲能 0 電感為無源元件 其儲能只與當前的電流有關 電感電流不能突變 反映了其儲能不能突變 表明 23 貼片型功率電感 貼片電感 24 貼片型空心線圈 可調式電感 環形線圈 立式功率型電感 25 電抗器 26 6 3電容 電感元件的串聯與并聯 1 電容的串聯 1 等效電容 2 串聯電容的分壓 27 2 電容的并聯 1 等效電容 2 并聯電容的分流