电工基础——电容和电感

第三章第三章电容和电感电容和电感 第一节电容 学习目标 1 ．掌握 什么是电容器及常见的电容器； 2 ．理解电容的概念及定义式，了解平行板电容器的电容与哪些因素有关 3 ．理解 介质的击穿 4 ．掌握电容的 串并联 5 ．掌握电容的充放电 重点 1 ．电容的串并联 2 ．电容的充放电 难点电容的充放电 一、电场的基本概念 1 ．电场带电体周围存在电场。静止电荷形成的为静电场，电流不变化的为恒 定电场，电流不断变化的为变化电场。 电场力电场对场中电荷的作用力 3 ．电场强度测量电场强度的物理量 ，对于均匀电场 二、 电容元件 ， 对于不均匀电场COSa 第 1 页 共 16 页 1 ．电容的定义一种储存电场能量的实际器件， 电容器所带电量Q与电容器 两极板间的电压U的比值，称为电容器的电容，用C表示。 2 ．图形符号 3 ． 计算式， 电容量表征导体在单位电压作用下储存电荷的能力， 是 由电容器本身的性质（导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的 , 与电容 器是不是带电无关。 4 ．单位法拉（Ｆ）1F10 3 Ｆ 10 6 ＰＦ 5 ．分类按照介质可以分为空气电容器、纸介质电容器、银介质电容器、云母 介质电容器、油介质电容器、金属介质电容器等。按照电容的容量是否可调可以 分为固定电容器、可调电容器， 按照电容器有无极性可以分为无极性电容器和电 解电容器。 6 ．平板电容器电容器两金属片是平行平面，中间是均匀电场。 ，Ｃ与Ａ、Ｅ、ｄ有关，但Ｃ与Ｕ有关， 7 ．广义电容器任何两个导体间都存在电容，如输电线之间，输电线与大地之 间，晶体管各极之间，电机变压器绕组的匝间，绕组与机壳之间，但都较小。 8 ．参数 ① 额定工作电压，若电容器的工作电压超过额定电压，将引起介质击穿，导 致电容器毁坏。 第 1 页 共 16 页 ② 标称容量 ③ 允许误差 ④ 绝缘电阻应越大越好。 三、电容器的串联 图 3-1电容的串联 U为所加电压，I L为漏电流。 1 ．电量QQ 1 Q 2 Q 3 2 ．电压U S U 1 U 2 U 3 3 ．电容量 电阻的并联。 ，即电容器串联之后，总容量减少，这相当于 4 ．用途当单独一个电容器的耐牙不能满足电路要求，需并联，但应注意 ① 每只电容器均承受着同样的电量。 ② 电容大的电容器分配的电压小，电容小的电容器分配的电压反而大。 第 1 页 共 16 页 例例 3-1 3-1 已知 C １ 0. ２５ｕＦ （２００ｖ） ， Ｃ ２ ＝０． ５ｕＦ （３ ００ｖ），若两电容并联，问电路能否正常工作 解解Ｃ＝Ｃ １ ／／Ｃ ２ ＝＝０．１６７ｕＦ Ｑ＝Ｑ １ ＝Ｑ ２ ＝ＣＵ＝０．１６７＊３６０Ｖ～６０ｕＣ Ｕ １ ＝＝２４０ＶＵ ２ ＝＝１２０Ｖ 由于小Ｃ承受大电压＞２００Ｖ，大Ｃ承受小电压＜３００Ｖ，将导致Ｃ １ 击 穿，继而引起 Ｃ ２ 击穿． 四、电容器的并联 图 3-2电容的并联 1 ．电量QQ 1 Q 2 Q 3 2 ．电压U S U 1 U 2 U 3 3 ．电容量 于电阻的串联。 ，即电容器并联之后，总容量增大减少，这相当 第 1 页 共 16 页 4 ．用途当单独一个电容器的电容量不能满足电路要求，而耐压满足要求时， 需并联，但应注意 ① 每只电容器均承受着外加电压。 ② 每只电容器的耐压均应大于外电压。否则一只电容器被击穿，整个并联电路 就被短路，会对电路造成危害。 五、电容器的充放电 1 ．电容器的充电过程 ①实验现象如图 3-3 ，开关置 1 ，白炽灯 开始较亮，然后逐渐变暗，灯泡不亮了。电流表指针由大变小直至 0 。电压表 指针由 0 逐渐增大到 U s （ a ） b 图 3-3电容的充放电 第 1 页 共 16 页 ②图形描述，如图 3-3 （ b ③ iC ④用万用表电阻档检测电容， 可以看到电表指针向右偏转，然后慢慢向左偏 转，指针偏幅度较大， C 的充电过程反映 C 的电容量大小。 ⑤ 越小，充电时间越小。 ，称为充电时间常数，RC ⑥ 初态 图 3-4电容的放电 图 3-5 稳态 2 ．电容器的放电过程 第 1 页 共 16 页 ①实验现象开关置 2 ，白炽灯开始较亮，然后逐渐变暗直至灭了，电流 表偏转一个较大的角度，然后逐渐向零位偏转到 0 ②图形描述，如图 3-4 所示 ③ i （ t ） C ④，称为放电时间常数，放电时常数越小，放电越快。 ⑤ 初态 六、电容上的电压和电流的关系 稳态 1 ．公式，如图 3-5 所示。 2 ． 电容上的电压不能发生突变， 常利用电容的这种特性对电路元件进行过电压 保护。 3 ．在直流电路中电容相当于断路（开路） 七、电场能量 dw E U C idtU C d φ CU C dU C W E 第 1 页 共 16 页 电容 器为储能元件，不耗能。电压增加时，存储电能；电流减少时，放出电能。 例例 3-2 3-2 一电容器 C20 F, 与一电阻 R10Ω, 串联后等在直流电源 U 100V 上。求 （ 1 ）开关接通稳定后电容器上电压 U；（ 2 ）开关接通瞬间电路中最大 电流；（ 3 ）稳定后储存在电场中能量。 解解 U100V ， I m 100/1010A, W E 八、电容器的击穿 0.1J 1 ．电介质即电场中不导电的绝缘体，电介质中每一原子中的电子受原子核的 束缚力很强，不能形成自由电子，故不能导电。 2 ．介质的击穿电介质所能承受的电场强度有一定限度，当被束缚的电荷脱离 了原子或分子的束缚而参加导电，就破坏了绝缘性能，这一现象称为电介质的击 穿。电介质所能承受的极限电场强度称为击穿电场强度，也称绝缘强度。 3 ． 破坏现象 ① 电气开关的断开② 高压输电线③ 电机变压器绕组 4 ．介质击穿的避免 ① 采用绝缘强度高的材料。 ②绝缘材料有一定厚度，且不含杂质，如气泡或水分。 ③ 设法使电场按要求分布，避免电力线在某些地方过于密集。 5 ．介质击穿后的利用 ① 电弧焊 ② 日光灯 ③ 避雷器 九、电容器的作用 第 1 页 共 16 页 ① 滤波② 隔直③ 调谐④ 耦合交流⑤ 交流 旁路⑥ 能量转换 作业 3-8 ， 9 ， 10 ， 11 ， 12 第二节电感、自感、互感 学习目标 1 ．了解电磁场的基本知识和电感的概念 2 ．掌握电感的充放电， 电感对电流的阻碍作用 3 ．理解自感和互感现象 重点电感对电流的阻碍作用 难点自感和互感电动势的判断 一、磁场的基本知识 1 ．运动的电荷周围存在着磁场。 2 ．磁感应强度表征磁场强弱的物理量叫磁感应强度。 BμH 3 ．磁场力 在磁场中受到的力叫磁场力 . FBQVQBBLI 4 ．电磁感应 EBLV ， B 磁感应强度， L 导体长度， V 导体切 割磁力线速度，用右手定则判别 E 的方向。 5 ．电动机原理在磁场中，载流直导线受力产生运动把电能转化为机械能． 6 ．发电机原理在磁场中，导体切割磁力线，产生感应电动势． 第 1 页 共 16