电路--第6章-储能元件课件

第第6 6章章 储能元件储能元件首首 页页电容元件电容元件6.1电感元件电感元件6.2电容、电感元件的串联与并联电容、电感元件的串联与并联6.3第6章 储能元件首 页电容元件6.1电感元件6.2电容、电1 1l 重点重点：1.1.电容元件的特性电容元件的特性3.3.电容、电感的串并联等效参数电容、电感的串并联等效参数2.2.电感元件的特性电感元件的特性返 回第第6 6章章 储能元件储能元件 重点：1.电容元件的特性3.电容、电感的串并联等效参数2 2前五章介绍的电路分析技术（或方前五章介绍的电路分析技术（或方法）也可以应用于包含法）也可以应用于包含电感和电容电感和电容的电路。的电路。必须先掌握必须先掌握电感和电容的电感和电容的VCR，然，然后再用后再用KCL和和KVL来描述与其它基来描述与其它基本元件之间的互连关系。本元件之间的互连关系。第第6 6章章 储能元件储能元件前五章介绍的电路分析技术（或方法）也可以应用于包含电感和电容3 3 只要电导体用电解质或绝缘材料只要电导体用电解质或绝缘材料只要电导体用电解质或绝缘材料只要电导体用电解质或绝缘材料(如云母、绝缘如云母、绝缘如云母、绝缘如云母、绝缘纸、陶瓷、空气等纸、陶瓷、空气等纸、陶瓷、空气等纸、陶瓷、空气等)隔开就构成一个电容器。隔开就构成一个电容器。隔开就构成一个电容器。隔开就构成一个电容器。独石电容器独石电容器金属化聚丙烯金属化聚丙烯薄膜电容器薄膜电容器 高压瓷片电容高压瓷片电容6.1 6.1 电容元件电容元件 只要电导体用电解质或绝缘材料(如云母、绝缘纸、陶瓷、4 4无极性电解电容无极性电解电容无极性电解电容无极性电解电容法拉电容法拉电容0.1-1000F铝制电解电容铝制电解电容高频感应加热机振荡电容高频感应加热机振荡电容无极性电解电容法拉电容0.1-1000F铝制电解电容高频感应5 5各种贴片系列的电容器各种贴片系列的电容器各种贴片系列的电容器各种贴片系列的电容器各种贴片系列的电容器6 66.1 6.1 电容元件电容元件电容器电容器 在外电源作用下，正负电极上分别在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去，所以电容是荷仍可长久地聚集下去，所以电容是储能元储能元件件（而非耗能元件）。（而非耗能元件）。下 页上 页_+qqU返 回6.1 电容元件电容器 在外电源作用下，正负7 71.1.定义定义电容元件电容元件储存电能的二端元件。任何时储存电能的二端元件。任何时刻其储存的电荷刻其储存的电荷 q 与其两端的与其两端的电压电压 u 能用能用qu 平面上的一条平面上的一条曲线来描述。曲线来描述。uq下 页上 页库伏库伏特性特性o返 回1.定义电容元件储存电能的二端元件。任何时刻其储存的电荷 8 8 任任何何时时刻刻，电电容容元元件件极极板板上上的的电电荷荷q与与电电压压 u 成正比。成正比。q u 特性是通过坐标原点的直线。特性是通过坐标原点的直线。quo下 页上 页2.2.线性电容元件线性电容元件电容电容器的器的电容电容返 回 任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压 u 成正比。q9 9l 电路符号电路符号CuF(法拉法拉),常用常用F，pF等表示等表示。l 单位单位下 页上 页1F=106 F1 F=106pF返 回i 电路符号CuF(法拉),常用F，pF等表示。10103.3.电容的电压电容的电压电流关系电流关系电容元件的电容元件的VCR下 页上 页u、i 取取关联参考方向关联参考方向Cui返 回3.电容的电压电流关系电容元件的VCR下 页上 页u、i1111当当 u 为常数为常数(直流直流)时，时，i=0。电容相当于开路，。电容相当于开路，电容有电容有隔直通交隔直通交的作用。的作用。下 页上 页表明某一时刻电容电流某一时刻电容电流 i 的大小取决于电容电压的大小取决于电容电压 u 的变化率，而与该时刻电压的变化率，而与该时刻电压 u 的大小无关。电的大小无关。电容是容是动态元件动态元件。返 回Cui实际电路中电容的电流实际电路中电容的电流 i 为有限值，则电容为有限值，则电容两端的两端的电压电压 u 不能跃变不能跃变，必定是时间的连续，必定是时间的连续函数。函数。当 u 为常数(直流)时，i=0。电容相当于开路，电容有隔12121.1.某一时刻的电容电压值与某一时刻的电容电压值与t t0 0 到该时刻的到该时刻的所有电流值有关，还与所有电流值有关，还与u u(t t0 0)值有关，即电值有关，即电容元件是容元件是“有记忆有记忆”的元件的元件。表明下 页上 页1.1.与之相比，电阻元件某一瞬时电压仅与与之相比，电阻元件某一瞬时电压仅与该时刻的电流有关，即是该时刻的电流有关，即是无记忆元件无记忆元件。电容元件电容元件的的VCR返 回某一时刻的电容电压值与t0 到该时刻的所有电流值有关，还与1313当当电电容容的的 u、i 为为非非关关联联方方向向时时，上上述述微微分分和积分表达式前要冠以负号和积分表达式前要冠以负号;下 页上 页注意上上式式中中u(t0)称称为为电电容容电电压压的的初初始始值值，它它反反映映电电容容初初始始时时刻刻的的储储能能状状况况，也也称称为为初初始始状态状态。返 回当电容的 u、i 为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠1414当当u、i 为为关关联联参参考考方方向向时时，线线性性电电容容元元件件吸收的功率为：吸收的功率为：下 页上 页从从-到任意时刻到任意时刻t t 吸收的电场能量为：吸收的电场能量为：返 回4.功率功率/电场能量电场能量p=ui=CududtWc=-t C u(x x)du(x x)dtdt=Cu(-)u(t)u(x x)du(x x)=21Cu2(x x)u(t)u(-)Wc=21Cu2(t)-21Cu2(-)当u、i 为关联参考方向时，线性电容元件吸收的功率为：下 页1515Wc(t)=21Cu2(t)4.功率功率/电场能量电场能量若在若在t=-时，电容处于未充电状态，即时，电容处于未充电状态，即 u(-)=0，则在，则在t=-时的电场能量为时的电场能量为0。则电则电容元件在任何时刻容元件在任何时刻 t 所储存的电场能量将等所储存的电场能量将等于它所吸收的能量：于它所吸收的能量：从从t1t2时间，电容元件吸收的能量为：时间，电容元件吸收的能量为：Wc=21Cu2(t2)-21Cu2(t1)=Wc(t2)-Wc(t1)Wc(t)=21Cu2(t)4.功率/电场能量若在t=16164.功率功率/电场能量电场能量充电充电充电充电时，时，时，时，|u u(t t2 2)|)|u u(t t1 1)|)|，WWc c(t t2 2)WWc c(t t1 1)，电，电，电，电容元件容元件容元件容元件吸收电能吸收电能吸收电能吸收电能；放电放电放电放电时，时，时，时，|u u(t t2 2)|)|u u(t t1 1)|)|，WWc c (t t2 2)WWc c(t t1 1)，电，电，电，电容元件把存储的电场能量容元件把存储的电场能量容元件把存储的电场能量容元件把存储的电场能量释放释放释放释放出来。出来。出来。出来。电容是一种电容是一种电容是一种电容是一种储能元件储能元件储能元件储能元件，它不消耗能量，即储存多，它不消耗能量，即储存多，它不消耗能量，即储存多，它不消耗能量，即储存多少电能一定在放电完毕时全部释放。少电能一定在放电完毕时全部释放。少电能一定在放电完毕时全部释放。少电能一定在放电完毕时全部释放。电容元件不会释放出多于它吸收或储存的能量，电容元件不会释放出多于它吸收或储存的能量，电容元件不会释放出多于它吸收或储存的能量，电容元件不会释放出多于它吸收或储存的能量，即电容是一种即电容是一种即电容是一种即电容是一种无源元件无源元件无源元件无源元件。4.功率/电场能量充电时，|u(t2)|u(t1)|，17176.2 6.2 电感元件电感元件i(t)+-u(t)电感线圈电感线圈 把金属导线绕在一骨架上构成一实际把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，当电流通过线圈时，将电感线圈，当电流通过线圈时，将产生磁通产生磁通，是，是一种抵抗电流变化、一种抵抗电流变化、储存磁场能量储存磁场能量的部件。的部件。(t)N (t)下 页上 页返 回6.2 电感元件i(t)+-u(t)电感线圈 1818实实用用的的电电感感器器是是用用铜铜导导线线绕绕制制成成的的线线圈圈。实用的电感器是用铜导线绕制成的线圈1919各种类型的电感各种类型的电感各种类型的电感2020各种类型的电抗各种类型的电抗各种类型的电抗2121l l在高频电路中，常用空心或带有铁氧体磁心的在高频电路中，常用空心或带有铁氧体磁心的在高频电路中，常用空心或带有铁氧体磁心的在高频电路中，常用空心或带有铁氧体磁心的线圈。线圈。线圈。线圈。l l在低频电路中，如变压器、电磁铁等，则采用在低频电路中，如变压器、电磁铁等，则采用在低频电路中，如变压器、电磁铁等，则采用在低频电路中，如变压器、电磁铁等，则采用带铁心的线圈。带铁心的线圈。带铁心的线圈。带铁心的线圈。6.2 6.2 电感元件电感元件在高频电路中，常用空心或带有铁氧体磁心的线圈。6.2 电感元22221.1.定义定义电感元件电感元件储存磁场能量储存磁场能量的二端元件。的二端元件。任何时刻，其特性可用任何时刻，其特性可用i 平面上的一条曲线来描述。平面上的一条曲线来描述。i下 页上 页韦安韦安特性特性o返 回1.定义电感元件储存磁场能量的二端元件。任何时刻，其特性可2323 任任何何时时刻刻，通通过过电电感感元元件件的的电电流流 i 与与其其磁磁链链 成正比。成正比。i 特性为通过原点的直线。特性为通过原点的直线。2.2.线性电感元件线性电感元件io下 页上 页返 回 任何时刻，通过电感元件的电流 i 与其磁链 成正比2424l 电路符号电路符号H(亨利亨利)，常用常用H，mH表示表示。+-uiLl 单位单位下 页上 页自感系数自感系数（电感）（电感）1H=103 mH1 mH=103 H返 回 电路符号H(亨利)，常用H，mH表示。+-uiL 单位25253.3.线性电感的电压、电流关系线性电感的电压、电流关系u、i 取关联取关联参考方向参考方向电感元件电感元件VCRu 与与 i 为关联参考方向下：为关联参考方向下：下 页上 页返 回+-uiL3.线性电感的电压、电流关系u、i 取关联参考方向电感元件V2626电感电压电感电压u 的大小取决于的大小取决于i 的变化率的变化率,与与 i 的大的大小无关，电感是小无关，电感是动态元件动态元件；当当i为常数为常数(直流直流)时，时，u=0。电感相当于。电感相当于短路短路；实际电路中电感的电压实际电路中电感的电压u为有限值为有限值，则电感电，则电感电流流 i不能跃变不能跃变，必定是时间的连续函数。，必定是时间的连续函数。下 页上 页表明返 回+-uiL电感电压u 的大小取决于i 的变化率,与 i 的大小无关，2727i=L1-tudx x=L1-t0u dx x+L1t0tu dx x记忆元件记忆元件i=i(t0)+需要指出的是：需要指出的是：上式中上式中 i(t0)称为电感电流称为电感电流的初始值，它反映电感初始时刻的储能状况，的初始值，它反映电感初始时刻的储能状况，也称为也称为初始状态初始状态。L1t0tu dx x线性电感元件线性电感元件VCR的积分形式的积分形式i=L1-tudx=L1-t0u dx+L1t028284.功率与磁场能量功率与磁场能量在在在在-t t 这段时间内，电感吸收的能量为：这段时间内，电感吸收的能量为：这段时间内，电感吸收的能量为：这段时间内，电感吸收的能量为：=L ididtWL=-t L i(x x)di(x x)dtdt=Li(-)i(t)i(x x)di(x x)吸收的功率为：吸收的功率为：p=u iWL=12L i2(t)-12L i2()从时间从时间从时间从时间t t1 1t t2 2，电感元件吸收的磁场能量为：，电感元件吸收的磁场能量为：，电感元件吸收的磁场能量为：，电感元件吸收的磁场能量为：WL=21Li2(t2)-21Li2(t1)=WL(t2)-WL(t1)4.功率与磁场能量在-t 这段时间内，电感吸收的能量为2929|i|减小时，减小时，WL0，电感元件释放能量。，电感元件释放能量。电感也是一种电感也是一种储能元件储能元件，不消耗电能不消耗电能。释放的能量释放的能量=吸收的能量，是吸收的能量，是无源元件无源元件。WL=21Li2(t2)-21Li2(t1)=WL(t2)-WL(t1)|i|增加时，增加时，WL 0，电感元件吸收能量。，电感元件吸收能量。|i|减小时，WL0，电感元件释放能量。电感也是一3030下 页上 页6.3 6.3 电容、电容、电感元件电感元件的串联与并联的串联与并联1.1.电容的串联电容的串联u1uC2C1u2+-i返 回下 页上 页6.3 电容、电感元件的串联与并联1.电容的串联3131下 页上 页iu+-Ceq等效等效u1uC2C1u2+-i返 回下 页上 页iu+-Ceq等效u1uC2C1u2+-i3232下 页上 页i2i1u+-C1C2iiu+-Ceq等效等效2.2.电容的并联电容的并联返 回l 前提条件前提条件l 等效电容等效电容下 页上 页i2i1u+-C1C2iiu+-Ceq等效2.电3333下 页上 页i2i1u+-C1C2iiu+-Ceq等效等效l 等效电容等效电容返 回l 前提条件前提条件下 页上 页i2i1u+-C1C2iiu+-Ceq等效 等效34343.3.电感的串联电感的串联下 页上 页u1uL2L1u2+-iiu+-Leq等效等效l 等效电感等效电感返 回l 前提条件前提条件3.电感的串联下 页上 页u1uL2L1u2+-ii3535下 页上 页u1uL2L1u2+-iiu+-Leq等效等效l 等效电感等效电感返 回l 前提条件前提条件下 页上 页u1uL2L1u2+-iiu+-Leq等效3636下 页上 页u+-L1L2i2i1iu+-Leq等效等效4.4.电感的并联电感的并联l 等效电感等效电感返 回下 页上 页u+-L1L2i2i1iu+-Leq等效4.电感3737第第6 6章章 储能元件储能元件第6章 储能元件E N D3838