我們都知道電阻會消耗電能,而在本次學習分享中,我們將學習不消耗電能的電容元件。 在集誠培訓網的【電氣工程基礎】第六課中,曹老師給我們詳細講解了電容元件的定義和性質。 現在,就讓我帶大家進一步玩轉電容元件。
電容器 電容器,簡單理解,就是電荷的容器。 下面的圖 4-1 顯示了一些實際的電容器器件。 在電路中,電容器元件是實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(如云母、絕緣紙、空氣等)。 當在兩個極板之間施加電壓時,電容器會存儲電荷。 電容器元件圖形符號的垂直兩列看起來像電容器的兩塊極板,分別充滿正電荷和負電荷。 當正負電荷量始終相等時,兩極板之間就會建立電場,因此電容器是一種可以儲存電場能量的儲能元件。
圖4-2
如圖4-2所示,電容的單位是法拉,簡稱法拉(F)。 常用的單位是微法拉 (μF) 和皮法拉 (pF)。 前面提到,電容元件可以儲存電場能量,因此自然可以釋放電場能量。 課程中,曹老師詳細分析了電容元件的儲能特性。 充放電過程實際上就是電荷逃逸的過程。
顯然,電容元件的能量存儲并不是無限的。 就像我們乘坐電梯時一樣,電梯本身的空間大小不同,所以承重能力也不同。 同樣電場強度的單位,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際電壓超過其額定電壓,電介質可能會擊穿并損壞設備。
為了更好地了解電容元件的串并聯特性,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; 當電容器兩端電壓一定時,極板間距離越遠,極板間電場強度越小,如下圖4-3所示。 其他類型電容器電容特性的分析也可參考平行板電容器。
圖4-3
現在我們知道了什么是電容元件,那么它的串聯和并聯又如何呢? 它和電阻有什么區別? 我們首先看一下電容元件的并聯,如下圖4-4所示。 在并聯電容電路中,等效電容為并聯電容之和,即:Ceq=C1+C2+…+Cn。 不難發現,電容器的并聯特性與電阻的串聯特性相似。
圖4-4
其實我們也可以這樣來看電容的并聯。 在圖4-4的電路圖中,多個電容元件的并聯看起來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增加。 大的。
學到了這些,相信電容的并聯對于大家來說是完全不費吹灰之力的。 所以就不進行多余的解釋了,接下來我們直接進入串聯電容的研究。
圖4-5
根據圖4-5的內容,在串聯電容電路中電場強度的單位,等效電容的倒數等于各個串聯電容的倒數之和。 我們可以發現,電容器的串聯特性與電阻器的并聯特性相似。
其實電容的串聯也可以這么理解。 多個電容器元件的串聯看起來就像拉長了電容器元件極板之間的距離,因此等效電容自然會減小。
如前所述,電容器具有額定電壓。 對于串聯和并聯電容器的電路,顯然對電壓有限制。 因此,為了避免電容器被擊穿損壞,在分析計算具有電容元件的電路時,必須時刻注意電壓情況。