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第六章 储能元件 6-1 电容元件 1. 电容器的定义 (1) 电容器是一种储存电场能量的元件,而电容元件反映电容储存电场能量的理想电路模型。 (2) 电容器的工作原理:电容器由间隔以不同介质(绝缘层)的两块金属板组成,当两极板加上电压后,两极板上分别聚集起等量的正、负电荷,并在介质中建立电场而具有电场能量,当电源移去后,电荷仍聚集在极板上,电场继续存在,从而达到储存电能的目的。 (3) 电容元件的元件特性(库伏特性)是电荷q与电压u的代数关系。 2. 线性时不变电容元件 (1) 线性时不变电容是在任何时刻,极板上的电荷q与电压u成正比的电容,其q-u特性曲线是一条过原点的直线。 (2) 当电压参考极性与极板储存电荷的极性一致时,线性时不变电容元件的元件特性为q=Cu。 (3) 电容的电路符号如图。 (4) 电容元件的参数C称为电容,单位为法拉(F),常用单位uF,pF。 3. 电容的电压-电流关系 (1) 如果电容的i和u取关联参考方向,则电容元件的VCR微分形式为i=C*du/dt,表明: ① 电容的电流与电压的变化率成正比,与当前电压的数值无关。 ② 在直流情况下,电容两端电压的变化率为零,从而电流为零,相当于开路,因此电容有隔断直流的作用。 ③ 实际电路中通过电容的电流i为有限值,因此电容电压u必定是时间的连续函数。 (2) 电容VCR的积分形式:为图中蓝色背景框的公式。 ① T时刻的电容电压与t0到t时刻的电流值有关,具有记忆电流的作用,因此电容元件是一种记忆元件,也是一种动态元件。 ② 电容电压除与t0到t的电流值有关外,还与初始电压u(t0)有关。 (3) 注意 ① 如果电容元件的i和u取非关联参考方向,则电容的VCR表达式前需要加上负号。 ② u(t0)称为电容电压的初始值(初始状态),它反映电容初始时刻的储能状况。 4. 电容的功率与储能 (1) 功率 ① 在电压和电流取关联参考方向时,线性电容元件吸收的功率为p=ui ② 当电容充电时,p>0,电容吸收功率;当电容放电时,p |
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