電工基礎(chǔ)-電容和電感

1、第第1頁共16頁第第1頁共16頁第三章電容和電感第一節(jié)電容學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握什么是電容器及常見的電容器；.理解電容的概念及定義式，了解平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān).理解介質(zhì)的擊穿.掌握電容的串并聯(lián).掌握電容的充放電重點(diǎn)1.電容的串并聯(lián).電容的充放電難點(diǎn)電容的充放電一、電場的基本概念1.電場：帶電體周圍存在電場。靜止電荷形成的為靜電場，電流不變化的為恒定電場，電流不斷變化的為變化電場。電場力：電場對(duì)場中電荷的作用力3.電場強(qiáng)度：測量電場強(qiáng)度的物理量-7,對(duì)于均勻電場F磅二五L,對(duì)于不均勻電場成二.COSa二、電容元件1.電容的定義：一種儲(chǔ)存電場能量的實(shí)際器件，電容器所帶電量Q與電容器兩極板間的

2、電壓U的比值，稱為電容器的電容，用C表示。T八無極性有烈性無極性有烈性HL2.圖形符號(hào).計(jì)算式：廳，電容量表征導(dǎo)體在單位電壓作用下儲(chǔ)存電荷的能力，是由電容器本身的性質(zhì)（導(dǎo)體大小、形狀、相對(duì)位置及電介質(zhì)）決定的,與電容器是不是帶電無關(guān)。.單位：法拉（F）1F=1034F=106PF分類：按照介質(zhì)可以分為空氣電容器、紙介質(zhì)電容器、銀介質(zhì)電容器、云母介質(zhì)電容器、油介質(zhì)電容器、金屬介質(zhì)電容器等。按照電容的容量是否可調(diào)可以分為固定電容器、可調(diào)電容器，按照電容器有無極性可以分為無極性電容器和電解電容器。平板電容器：電容器兩金屬片是平行平面，中間是均勻電場。總=2工，C與A、E、d有關(guān)，但C與U有關(guān)，廣義電

3、容器：任何兩個(gè)導(dǎo)體間都存在電容，如輸電線之間，輸電線與大地之間，晶體管各極之間，電機(jī)變壓器繞組的匝間，繞組與機(jī)殼之間，但都較小。參數(shù)額定工作電壓，若電容器的工作電壓超過額定電壓，將引起介質(zhì)擊穿，導(dǎo)電容器毀壞。標(biāo)稱容量允許誤差R=絕緣電阻：應(yīng)越大越好。工U為所加電壓，IL為漏電流。三、電容器的串聯(lián)圖3-1電容的串聯(lián).電量：Q=Q1=Q2=Q3.電壓：US=U1+U2+U31111=二一十十二一.電容量：已gkq,即電容器串聯(lián)之后，總?cè)萘繙p少，這相當(dāng)于電阻的并聯(lián)。用途：當(dāng)單獨(dú)一個(gè)電容器的耐牙不能滿足電路要求，需并聯(lián)，但應(yīng)注意：每只電容器均承受著同樣的電量。電容大的電容器分配的電壓小，電容小的電容器

4、分配的電壓反而大。例3T:已知C1=0.25uF(200v),C2=0.5uF(3OOv),若兩電容并聯(lián)，問電路能否正常工作？解：C=C1/C2=弓=0.167uFQ=Q1=Q2=CU=0.167*360V60uCU1=G=240VU2=120V由于小C承受大電壓200V,大C承受小電壓300V,將導(dǎo)致C1擊穿，繼而引起C2擊穿四、電容器的并聯(lián)圖3-2電容的并聯(lián)心電+8心電+.電量：Q=Q1+Q2+Q3.電壓：US=U1=U2=U3.電容量：c=G+G+Q,即電容器并聯(lián)之后，總?cè)萘吭龃鬁p少，這相當(dāng)于電阻的串聯(lián)。4用途：當(dāng)單獨(dú)一個(gè)電容器的電容量不能滿足電路要求，而耐壓滿足要求時(shí)，需并聯(lián)，但應(yīng)注意

5、：每只電容器均承受著外加電壓。每只電容器的耐壓均應(yīng)大于外電壓。否則一只電容器被擊穿，整個(gè)并聯(lián)電路就被短路，會(huì)對(duì)電路造成危害。五、電容器的充放電1電容器的充電過程開始較亮，然后逐漸變暗，燈泡不亮了。電流表指針由大變小直至0。電壓表指針由0逐漸增大到Us(a)(b)圖3-3電容的充放電圖形描述，如圖3-3（b）通.4_L.i=C=R=用萬用表電阻檔檢測電容，可以看到電表指針向右偏轉(zhuǎn)，然后慢慢向左偏轉(zhuǎn)，指針偏幅度較大，C的充電過程反映C的電容量大小。越小，%越小，%=,稱為充電時(shí)間常數(shù)，RC初態(tài)：二天，4”穩(wěn)態(tài)：=0,%=%口”0圖3-4電容的放電圖3-5當(dāng)M=工八變流上網(wǎng).人門“2.電容器的放電過

6、程實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開關(guān)置2，白熾燈開始較亮，然后逐漸變暗直至滅了，電流表偏轉(zhuǎn)一個(gè)較大的角度，然后逐漸向零位偏轉(zhuǎn)到0圖形描述，如圖3-4所示ucdUci(t)=R=Cdi臉二衣,稱為放電時(shí)間常數(shù)，放電時(shí)常數(shù)越小，放電越快。初態(tài)：卷34咫穩(wěn)態(tài)：4=0六、電容上的電壓和電流的關(guān)系：z=c-.公式：出出，如圖3-5所示。電容上的電壓不能發(fā)生突變，常利用電容的這種特性對(duì)電路元件進(jìn)行過電壓保護(hù)。在直流電路中電容相當(dāng)于斷路(開路)七、電場能量dwE=UCidt=UCd=CUCdUC=ccucduc=3c式電容器為儲(chǔ)能元件，不耗能。電壓增加時(shí)，存儲(chǔ)電能；電流減少時(shí)，放出電能。例3-2:一電容器C=20阡，與一電阻R

7、上二10。，串聯(lián)后等在直流電源U號(hào)二100V上。求（1）開關(guān)接通穩(wěn)定后電容器上電壓UJ（2）開關(guān)接通瞬間電路中最大電流；（3）穩(wěn)定后儲(chǔ)存在電場中能量。CU2解：UC=100V,Im=100/10=10A,WE=2,=0.1J八、電容器的擊穿電介質(zhì)：即電場中不導(dǎo)電的絕緣體，電介質(zhì)中每一原子中的電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，不能形成自由電子，故不能導(dǎo)電。介質(zhì)的擊穿：電介質(zhì)所能承受的電場強(qiáng)度有一定限度，當(dāng)被束縛的電荷脫離了原子或分子的束縛而參加導(dǎo)電，就破壞了絕緣性能，這一現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。電介質(zhì)所能承受的極限電場強(qiáng)度稱為擊穿電場強(qiáng)度，也稱絕緣強(qiáng)度。破壞現(xiàn)象：電氣開關(guān)的斷開高壓輸電線電機(jī)變壓器繞組介質(zhì)

8、擊穿的避免采用絕緣強(qiáng)度高的材料。絕緣材料有一定厚度，且不含雜質(zhì)，如氣泡或水分。設(shè)法使電場按要求分布，避免電力線在某些地方過于密集。5介質(zhì)擊穿后的利用：電弧焊日光燈避雷器九、電容器的作用濾波隔直調(diào)諧旁路能量轉(zhuǎn)換耦合交流濾波隔直調(diào)諧旁路能量轉(zhuǎn)換耦合交流交流作業(yè)：3-8，9，10，11，12第二節(jié)電感、自感、互感學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解電磁場的基本知識(shí)和電感的概念掌握電感的充放電，電感對(duì)電流的阻礙作用理解自感和互感現(xiàn)象重點(diǎn)電感對(duì)電流的阻礙作用難點(diǎn)自感和互感電動(dòng)勢的判斷一、磁場的基本知識(shí)運(yùn)動(dòng)的電荷周圍存在著磁場。生.磁感應(yīng)強(qiáng)度：表征磁場強(qiáng)弱的物理量叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。B=Q二口H.磁場力：在磁場中受到的力叫磁場力.F

9、=BQV=QiB=BLI電磁感應(yīng)E=BLV，B磁感應(yīng)強(qiáng)度，L導(dǎo)體長度，V導(dǎo)體切割磁力線速度，用右手定則判別E的方向。電動(dòng)機(jī)原理：在磁場中，載流直導(dǎo)線受力產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能發(fā)電機(jī)原理：在磁場中，導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢電磁關(guān)系：帶電導(dǎo)體周圍存在電場，磁場，磁場中，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電場。.磁體一一磁極一一南極S,北極N。順磁物質(zhì)，反磁物質(zhì)，鐵磁物質(zhì)一一鋼，鐵磁物質(zhì)的磁化，使鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生磁性。.鐵磁物質(zhì)分類：硬磁物質(zhì)：需較強(qiáng)的外磁場作用才可使其磁化，不易退磁，剩磁較強(qiáng)，所需矯頑磁力很大。如碳剛，鈷剛，多用來制造永久磁鐵.軟磁材料：磁導(dǎo)率很大，剩磁和磁力都很小，易磁化，也易去磁.如硅剛片，鑄

10、鐵作電動(dòng)機(jī)和變壓器的鐵心，合金.用來制造小型變壓器，高精度交流儀表（靈敏繼電器）矩磁材料：弱磁場下，可被磁化并達(dá)到磁飽和。撤掉外磁場后，磁性仍然保持為磁飽和狀態(tài)相同，該材料用于制作計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件的環(huán)形磁心。二、電感器.構(gòu)成：由導(dǎo)線饒制成線圈.分類：按照電感量是否可調(diào)可以分為固定電感、可變電感、微調(diào)電感，按照電感是否有鐵心可以分為空心電感、鐵心電感。1_rm_1_rm_空心電感實(shí)心電感實(shí)際線圈4空心電感線圈：繞在非鐵磁材料做成的骨架上的線圈HL2F甲加中I1一7一二廠，其中可為磁通，4空心電感線圈：繞在非鐵磁材料做成的骨架上的線圈HL2F甲加中I1一7一二廠，其中可為磁通，N為匝數(shù)，I為電流，L

11、稱為電感或自感系數(shù)5.單位：亨（H）,1H=103mH=106由圖3-6電感的充放電并聯(lián)6參數(shù)：電感系數(shù)，額定電流三、自感上_羿_2W1.自感：一了一二T推推出楞次定律：，其符號(hào)代表阻礙電流的變化或阻礙磁通的變化。3自感現(xiàn)象：（1）如圖3-6，合上開關(guān)后，燈泡HL1先亮，燈泡HL2過后才慢慢亮起來，電流表1立刻偏轉(zhuǎn)到一個(gè)數(shù)值，而電流表2緩慢地偏轉(zhuǎn)到一個(gè)數(shù)值。_L此為電感的充電過程，充電的快慢取決于充電時(shí)間常數(shù)“一反，二越大，充電過程越慢。此時(shí)在電感上產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢，阻礙電流的增大。電流電壓的變化如圖3-7所示。（2）當(dāng)開關(guān)斷開后。兩個(gè)燈泡并不立刻熄滅，而是瞬間發(fā)出更強(qiáng)的光，然后才熄滅

12、。圖3-7兩個(gè)電流表的變化是緩慢向左偏轉(zhuǎn)到0。_L此為電感的放電過程，放電的快慢取決于充電時(shí)間常數(shù)“一區(qū),越大，放電過程越慢。此時(shí)在電感上產(chǎn)生上負(fù)下越大，放電過程越慢。此時(shí)在電感上產(chǎn)生上負(fù)下正的感應(yīng)電動(dòng)勢，阻礙電流的減小。電流電壓的變化如圖3-8所示。4自感現(xiàn)象的利用阻礙電流的變化（1）穩(wěn)定電流（2）產(chǎn)生高壓日光燈電路中利用鎮(zhèn)流器的自感現(xiàn)象獲得點(diǎn)燃燈管所需的高壓（3）諧振電路，濾波器5自感的危害：產(chǎn)生高壓，開關(guān)通斷產(chǎn)生電弧圖3-8四、互感如圖3-9所示表示兩個(gè)有磁耦合的線圈（簡稱耦合電感），電流i1在線圈1和2中產(chǎn)生的磁通分別為11和21,則21W11。稱為互感現(xiàn)象。電流i1稱為施感電流。圖3

13、-911稱為線圈1的自感磁通，21稱為耦合磁通或互感磁通。圖3-10圖3-10同理，如圖3-10所示，電流i2在線圈2和l中產(chǎn)生的磁通分別為22和12，且12W22。22稱為線圈2的自感磁通，12稱為耦合磁通或互感磁通。如果線圈1的匝數(shù)為N1,并假設(shè)互感磁通12與線圈1的每一匝都交鏈，則互感磁鏈為中12=N112二眄羽。.互感線圈：上述線圈用，跖稱為互感線圈。.互感系數(shù)：上述系數(shù)朋12和稱互感系數(shù)。對(duì)線性電感和相等，記為泡。4v4.自感系數(shù)：對(duì)于線性非時(shí)變電感元件，當(dāng)電流的參考方向與磁通的參考方向符合右螺旋定則時(shí)，磁鏈中電流i成正比，即中=Li,式中L為與時(shí)間無關(guān)的正實(shí)常數(shù)，即為自感系數(shù)。根據(jù)

14、電磁感應(yīng)定律和線圈的繞向，如果電壓的參考正極性指向參考負(fù)極性的方向與產(chǎn)生它的磁通的參考方向符合右螺旋定則時(shí)，也就是在電壓和電流關(guān)聯(lián)參考方向下，則西,壯u=Ldtdt,在此電感元件中，磁鏈中和感應(yīng)電壓u均由流經(jīng)本電感元件的電流所產(chǎn)生，此磁鏈感應(yīng)電壓分別稱為自感磁鏈和自感電壓。自感磁鏈：4二0二必明，叫二鵬二區(qū)m3,為自感系數(shù).耦合系數(shù):上述一個(gè)線圈的磁通交鏈于另一線圈的現(xiàn)象，稱為磁耦合，用耦合系數(shù)K來反應(yīng)其耦合程度。M也國Ml則書廣見與g也兄二上叫:,里”土峋+卬（“+”號(hào)表示互感的增強(qiáng)作用；”互感的削弱作用）圖3-11同名端：如圖3-11所示，一對(duì)互感線圈中，一個(gè)線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，在本線圈

15、中產(chǎn)生的自感電壓與在相鄰線圈中所產(chǎn)生的互感電壓極性相同的端點(diǎn)稱為同名端，以“*”，“”，“”等符號(hào)表示。一般線圈繞行方向一致的端子為同名端，則方向不一致的端子為異名端。應(yīng)用：1）變壓器2）有線電話產(chǎn)生相互干擾，應(yīng)加以避免。五、磁場能量WK=Lidi=LI2電感為儲(chǔ)能元件，不耗能。電流增加時(shí)，把電能變?yōu)榇艌瞿艽鎯?chǔ)；電流減少時(shí)，電感為儲(chǔ)能元件，不耗能。電流增加時(shí)，把電能變?yōu)榇艌瞿艽鎯?chǔ)；電流減少時(shí)，放出電能。當(dāng)：=八面諭吐斯以在直流出珞中電好相喘于矩珞-當(dāng)：=八面諭吐斯以在直流出珞中電好相喘于矩珞-六、電感中的電壓和電流的關(guān)系1.公式:1.公式:遼=Ldtdi電感上的電流不能發(fā)生突變，總是阻礙電流的變化。在直