我们都知道电阻会消耗电能,而在本次学习分享中,我们将学习不消耗电能的电容元件。 在集诚培训网的【电气工程基础】第六课中,曹老师给我们详细讲解了电容元件的定义和性质。 现在,就让我带大家进一步玩转电容元件。
电容器 电容器,简单理解,就是电荷的容器。 下面的图 4-1 显示了一些实际的电容器器件。 在电路中,电容器元件是实际电容器装置的理想化模型。
图4-1
电容器由两块金属板组成,中间填充有电介质(如云母、绝缘纸、空气等)。 当在两个极板之间施加电压时,电容器会存储电荷。 电容器元件图形符号的垂直两列看起来像电容器的两块极板,分别充满正电荷和负电荷。 当正负电荷量始终相等时,两极板之间就会建立电场,因此电容器是一种可以储存电场能量的储能元件。
图4-2
如图4-2所示,电容的单位是法拉,简称法拉(F)。 常用的单位是微法拉 (μF) 和皮法拉 (pF)。 前面提到,电容元件可以储存电场能量,因此自然可以释放电场能量。 课程中,曹老师详细分析了电容元件的储能特性。 充放电过程实际上就是电荷逃逸的过程。
显然,电容元件的能量存储并不是无限的。 就像我们乘坐电梯时一样,电梯本身的空间大小不同,所以承重能力也不同。 同样电场强度的单位,不同的电容元件也有不同的电容量和不同的额定电压。 如果电容器两端的实际电压超过其额定电压,电介质可能会击穿并损坏设备。
为了更好地了解电容元件的串并联特性,我们以典型的平行板电容器为例。 其电容C与两块板相对的面积S成正比,与两块板之间的距离d成反比。 可以理解为,极板面积越大,能容纳的电荷越多; 当电容器两端电压一定时,极板间距离越远,极板间电场强度越小,如下图4-3所示。 其他类型电容器电容特性的分析也可参考平行板电容器。
图4-3
现在我们知道了什么是电容元件,那么它的串联和并联又如何呢? 它和电阻有什么区别? 我们首先看一下电容元件的并联,如下图4-4所示。 在并联电容电路中,等效电容为并联电容之和,即:Ceq=C1+C2+…+Cn。 不难发现,电容器的并联特性与电阻的串联特性相似。
图4-4
其实我们也可以这样来看电容的并联。 在图4-4的电路图中,多个电容元件的并联看起来就像增加了电容元件的极板面积,所以它的等效电容自然会增加。 大的。
学到了这些,相信电容的并联对于大家来说是完全不费吹灰之力的。 所以就不进行多余的解释了,接下来我们直接进入串联电容的研究。
图4-5
根据图4-5的内容,在串联电容电路中电场强度的单位,等效电容的倒数等于各个串联电容的倒数之和。 我们可以发现,电容器的串联特性与电阻器的并联特性相似。
其实电容的串联也可以这么理解。 多个电容器元件的串联看起来就像拉长了电容器元件极板之间的距离,因此等效电容自然会减小。
如前所述,电容器具有额定电压。 对于串联和并联电容器的电路,显然对电压有限制。 因此,为了避免电容器被击穿损坏,在分析计算具有电容元件的电路时,必须时刻注意电压情况。