1、第6章 儲能元件,本章內(nèi)容,重點：,1. 電容元件的特性；,3. 電容、電感的串并聯(lián)等效參數(shù)。,2. 電感元件的特性；,返 回,第6章 儲能元件,前五章介紹的電路分析技術(shù)（或方法）也可以應(yīng)用于包含電感和電容的電路。,必須先掌握電感和電容的VCR，然后再用KCL和KVL來描述與其它基本元件之間的互連關(guān)系。,第6章 儲能元件,只要電導體用電解質(zhì)或絕緣材料(如云母、絕緣紙、陶瓷、空氣等)隔開就構(gòu)成一個電容器。,獨石電容器,金屬化聚丙烯薄膜電容器,高壓瓷片電容,6.1 電容元件,無極性電解電容,法拉電容0.1-1000F,鋁制電解電容,高頻感應(yīng)加熱機振蕩電容,各種貼片系列的電容器,6.1 電容元件,電

2、容器,在外電源作用下，正負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，所以電容是儲能元件（而非耗能元件）。,下 頁,上 頁,返 回,1. 定義,電容元件,儲存電能的二端元件。任何時刻其儲存的電荷 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,任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電壓 u 成正比。qu 特性是通過坐標原點的直線。,下 頁,上 頁,2.線性電容元件,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,i,3. 電容的電

3、壓電流關(guān)系,電容元件的VCR,下 頁,上 頁,u、i 取 關(guān)聯(lián)參考方向,返 回,當 u 為常數(shù)(直流)時，i =0。電容相當于開路，電容有隔直通交的作用。,下 頁,上 頁,表明,某一時刻電容電流 i 的大小取決于電容電壓 u 的變化率，而與該時刻電壓 u 的大小無關(guān)。電容是動態(tài)元件。,返 回,實際電路中電容的電流 i 為有限值，則電容兩端的電壓 u 不能躍變，必定是時間的連續(xù)函數(shù)。,某一時刻的電容電壓值與t0 到該時刻的所有電流值有關(guān)，還與u(t0)值有關(guān)，即電容元件是“有記憶”的元件。,表明,下 頁,上 頁,與之相比，電阻元件某一瞬時電壓僅與該時刻的電流有關(guān)，即是無記憶元件。,電容元件的VC

4、R,返 回,當電容的 u、i 為非關(guān)聯(lián)方向時，上述微分和積分表達式前要冠以負號 ;,下 頁,上 頁,注意,上式中u(t0)稱為電容電壓的初始值，它反映電容初始時刻的儲能狀況，也稱為初始狀態(tài)。,返 回,當u、i 為關(guān)聯(lián)參考方向時，線性電容元件吸收的功率為：,下 頁,上 頁,從-到任意時刻t 吸收的電場能量為：,返 回,4. 功率/電場能量,4. 功率/電場能量,若在t =-時，電容處于未充電狀態(tài)，即 u(-)=0，則在t =-時的電場能量為0。 則電容元件在任何時刻 t 所儲存的電場能量將等于它所吸收的能量： 從t1t2時間，電容元件吸收的能量為：,4. 功率/電場能量,充電時，|u(t2)|u

5、(t1)|，Wc (t2)Wc (t1)，電容元件吸收電能； 放電時，|u(t2)|u(t1)|， Wc (t2)Wc(t1)，電容元件把存儲的電場能量釋放出來。 電容是一種儲能元件，它不消耗能量，即儲存多少電能一定在放電完畢時全部釋放。 電容元件不會釋放出多于它吸收或儲存的能量，即電容是一種無源元件。,6.2 電感元件,電感線圈,把金屬導線繞在一骨架上構(gòu)成一實際電感線圈，當電流通過線圈時，將產(chǎn)生磁通，是一種抵抗電流變化、儲存磁場能量的部件。, (t)N (t),下 頁,上 頁,返 回,各種類型的電感,各種類型的電抗,在高頻電路中，常用空心或帶有鐵氧體磁心的線圈。 在低頻電路中，如變壓器、電磁

6、鐵等，則采用帶鐵心的線圈。,6.2 電感元件,1. 定義,電感元件,儲存磁場能量的二端元件。任何時刻，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,任何時刻，通過電感元件的電流 i 與其磁鏈 成正比。 i 特性為通過原點的直線。,2. 線性電感元件,下 頁,上 頁,返 回,電路符號,H (亨利)，常用H，mH表示。,單位,下 頁,上 頁,自感系數(shù)（電感）,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,u 與 i 為關(guān)聯(lián)參考方向下：,下 頁,上 頁,返 回,電感電壓u 的大小取決于i 的

7、變化率, 與 i 的大小無關(guān)，電感是動態(tài)元件；,當i為常數(shù)(直流)時，u = 0。電感相當于短路；,實際電路中電感的電壓u為有限值，則電感電流 i不能躍變，必定是時間的連續(xù)函數(shù)。,下 頁,上 頁,表明,返 回,i =,L,1,-,t,u,dx,=,L,1,-,t0,u dx,+,記憶元件,i = i(t0) +,需要指出的是：上式中 i(t0) 稱為電感電流的初始值，它反映電感初始時刻的儲能狀況，也稱為初始狀態(tài)。,線性電感元件VCR的積分形式,4. 功率與磁場能量,在-t 這段時間內(nèi)，電感吸收的能量為：,= L i,di,dt,WL =,-,t,L i(x),di(x),dt,dt,= L,i(-),i(t),i(x),di(x),吸收的功率為：p = u i,WL=,1,2,L i2(t) -,1,2,L i2(),從時間t1t2，電感元件吸收的磁場能量為：,| i | 減小時，WL0，電感元件釋放能量。,電感也是一種儲能元件，不消耗電能。 釋放的能量 = 吸收的能量，是無源元件。,| i | 增加時，WL 0，電感元件吸收能量。,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),返 回,下 頁,上 頁,返 回,下 頁,上 頁,2.電容的并聯(lián),返 回,前提條件,