我們都知道電阻會(huì)消耗電能,而在本次學(xué)習(xí)分享中,我們將學(xué)習(xí)不消耗電能的電容元件。 在集誠(chéng)培訓(xùn)網(wǎng)的【電氣工程基礎(chǔ)】第六課中,曹老師給我們?cè)敿?xì)講解了電容元件的定義和性質(zhì)。 現(xiàn)在,就讓我?guī)Т蠹疫M(jìn)一步玩轉(zhuǎn)電容元件。
電容器 電容器,簡(jiǎn)單理解,就是電荷的容器。 下面的圖 4-1 顯示了一些實(shí)際的電容器器件。 在電路中,電容器元件是實(shí)際電容器裝置的理想化模型。
圖4-1
電容器由兩塊金屬板組成,中間填充有電介質(zhì)(如云母、絕緣紙、空氣等)。 當(dāng)在兩個(gè)極板之間施加電壓時(shí),電容器會(huì)存儲(chǔ)電荷。 電容器元件圖形符號(hào)的垂直兩列看起來(lái)像電容器的兩塊極板,分別充滿(mǎn)正電荷和負(fù)電荷。 當(dāng)正負(fù)電荷量始終相等時(shí),兩極板之間就會(huì)建立電場(chǎng),因此電容器是一種可以?xún)?chǔ)存電場(chǎng)能量的儲(chǔ)能元件。
圖4-2
如圖4-2所示,電容的單位是法拉,簡(jiǎn)稱(chēng)法拉(F)。 常用的單位是微法拉 (μF) 和皮法拉 (pF)。 前面提到,電容元件可以?xún)?chǔ)存電場(chǎng)能量,因此自然可以釋放電場(chǎng)能量。 課程中,曹老師詳細(xì)分析了電容元件的儲(chǔ)能特性。 充放電過(guò)程實(shí)際上就是電荷逃逸的過(guò)程。
顯然,電容元件的能量存儲(chǔ)并不是無(wú)限的。 就像我們乘坐電梯時(shí)一樣,電梯本身的空間大小不同,所以承重能力也不同。 同樣電場(chǎng)強(qiáng)度的單位,不同的電容元件也有不同的電容量和不同的額定電壓。 如果電容器兩端的實(shí)際電壓超過(guò)其額定電壓,電介質(zhì)可能會(huì)擊穿并損壞設(shè)備。
為了更好地了解電容元件的串并聯(lián)特性,我們以典型的平行板電容器為例。 其電容C與兩塊板相對(duì)的面積S成正比,與兩塊板之間的距離d成反比。 可以理解為,極板面積越大,能容納的電荷越多; 當(dāng)電容器兩端電壓一定時(shí),極板間距離越遠(yuǎn),極板間電場(chǎng)強(qiáng)度越小,如下圖4-3所示。 其他類(lèi)型電容器電容特性的分析也可參考平行板電容器。
圖4-3
現(xiàn)在我們知道了什么是電容元件,那么它的串聯(lián)和并聯(lián)又如何呢? 它和電阻有什么區(qū)別? 我們首先看一下電容元件的并聯(lián),如下圖4-4所示。 在并聯(lián)電容電路中,等效電容為并聯(lián)電容之和,即:Ceq=C1+C2+…+Cn。 不難發(fā)現(xiàn),電容器的并聯(lián)特性與電阻的串聯(lián)特性相似。
圖4-4
其實(shí)我們也可以這樣來(lái)看電容的并聯(lián)。 在圖4-4的電路圖中,多個(gè)電容元件的并聯(lián)看起來(lái)就像增加了電容元件的極板面積,所以它的等效電容自然會(huì)增加。 大的。
學(xué)到了這些,相信電容的并聯(lián)對(duì)于大家來(lái)說(shuō)是完全不費(fèi)吹灰之力的。 所以就不進(jìn)行多余的解釋了,接下來(lái)我們直接進(jìn)入串聯(lián)電容的研究。
圖4-5
根據(jù)圖4-5的內(nèi)容,在串聯(lián)電容電路中電場(chǎng)強(qiáng)度的單位,等效電容的倒數(shù)等于各個(gè)串聯(lián)電容的倒數(shù)之和。 我們可以發(fā)現(xiàn),電容器的串聯(lián)特性與電阻器的并聯(lián)特性相似。
其實(shí)電容的串聯(lián)也可以這么理解。 多個(gè)電容器元件的串聯(lián)看起來(lái)就像拉長(zhǎng)了電容器元件極板之間的距離,因此等效電容自然會(huì)減小。
如前所述,電容器具有額定電壓。 對(duì)于串聯(lián)和并聯(lián)電容器的電路,顯然對(duì)電壓有限制。 因此,為了避免電容器被擊穿損壞,在分析計(jì)算具有電容元件的電路時(shí),必須時(shí)刻注意電壓情況。