第三章电感元件和电容元件

《第三章电感元件和电容元件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章电感元件和电容元件（39页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、3.1 电容元件电容元件3.2 电容的串、电容的串、并联并联3.3 电感元件电感元件第第3章章 电感元件与电容元件电感元件与电容元件目的与要求目的与要求1.理解电容、电感元件上的u-i关系2.会分析电容器的串并联电路重点与难点重点与难点重点：（1）电容器的串并联电路 （2）电容、电感元件上的u-i关系难点：（1）电容器串联使用时最大工作电压的 计算 （2）电容、电感元件上的u-i关系1.电容元件是一个理想的二端元件,它的图形符号如图3.1所示。uqC(3.1)图3.1 线性电容元件的图形符号iu q qC3.1电电 容容 元元 件件 3.1.1 电容元件的基本概念（一）电容元件的基本概念（一）

2、3.1.1 电容元件的基本概念（二）电容元件的基本概念（二）FpFFF1261011012.电容的SI单位为法拉,符号为F;1 F=1 CV。常采用微法（F）和皮法（pF）作为其单位。3.1.2 电容元件的电容元件的ui关系关系 dtduCi dtdqi 根据电流的定义，及q=Cu电流与该时刻电压的变化率成正比。若电压不变，i=0。电容相当与开路（隔直流作用）关联参考方向下3.1.3 电容元件的储能（一）电容元件的储能（一）)(21)(21022)()(000tCutCuuduCddtduCupdwtttututtc电容元件吸收的电能为在电压和电流关联的参考方向下,电容元件吸收的功率为dtdu

3、uCuip3.1.3 电容元件的储能（二）电容元件的储能（二）)(212tCuwC从时间t1到t2,电容元件吸收的能量为)()()(21)(2112122)()(221twtwtCutCuuduCwCCtutuC若选取t0为电压等于零的时刻,即u(t0)=例例.（一）（一）uCi(a)10101 2 3 4 5 6 7 8 9u/Vt/s(b)551 2 345 6 7 8 9i/At/s(c)00图 3.2 例 3.1 图图3.2（a）所示电路中,电容C0.5F,电压u的波形图如图3.2（b）所示。求电容电流i,并绘出其波形。例例.（二）（二）sVdtdu/101010101066解解 由电

4、压u的波形,应用电容元件的元件约束关系,可求出电流i。当0t1s,电压u从均匀上升到 10V,其变化率为例例.（三）（三）由式(.2)可得AdtduCi51010105.066 当1st3s,5st7s及t8s时，电压u为常量,其变化率为0dtdu例例.（四）（四）AdtduCi5)1010(105.066 当 7st8s时,电压u由10V均匀上升到,其变化率为sVdtdu/1010101)10(066故电流例例.（五）（五）故电流AdtduCi51010105.0663.2 电容的串、电容的串、并联并联3.2.1 电容器的并联（一）电容器的并联（一）u q1 q1C1 q2 q2C2 q3

5、q3C3(a)uC(b)q q图3.33.2.1 电容器的并联（二）电容器的并联（二）321321321321321321332211)(:,CCCCuCCCuCuCuCqqqqCCCqqquCquCquCq3.2.2 电容器的串联（一）电容器的串联（一）u q qC1(a)uC(b)q qu1 q qC2u2 q qC3u3图3.43.2.2 电容器的串联（二）电容器的串联（二）MMCUqqCCCCqCqCquuuCCCCCquCCCqCqCqCquuuuuCuCuCq3213213213213213213213322111:1:1:1111)111(例例 3.2（一）（一）电路如图3.5所

6、示,已知U=18V,C1=C2=6F,C3=3F。求等效电容C及各电容两端的电压U1,U2,U3。U1U2U3U=18VC1C2C3FFFab图3.5 例3.2图例例 3.2（二）（二）解 2与C3串联的等效电容为VUUFCCCFCCCCC18862236361231323223例例 3.2（三）（三）VUVUCCUUVUU12,62:11:1:1832323232例例 3.3（一）（一）已知电容C1=4F,耐压值UM1=150V,电容C2=12F,耐压值UM1=360V。（1）将两只电容器并联使用,等效电容是多大？最大工作电压是多少？（2）将两只电容器串联使用,等效电容是多大？最大工作电压是

7、多少？例例 3.3（二）（二）解（1）将两只电容器并联使用时,等效电容为FCCC1612421其耐压值为VUUM1501FCCCCC31241242121（2）将两只电容器串联使用时,等效电容为例例 3.3（三）（三）求取电量的限额VCqUVCqUUCuCuCqCUCqCUCqMMMMMMMMMMMM2001031062001012106150106,1032.436010121061501046464214min22113622246111 求工作电压3.3 电电 感感 元元 件件 3.3.1 电感元件的基本概念（一）电感元件的基本概念（一）LLN自感磁链LLiL（.）称为电感元件的自感系数

8、,或电感系数,简称电感。3.3.1 电感元件的基本概念（二）电感元件的基本概念（二）ABiiuL,L图 3.7 线圈的磁通和磁链3.3.1 电感元件的基本概念（三）电感元件的基本概念（三）iLu图 3.8 线性电感元件3.3.1 电感元件的基本概念（四）电感元件的基本概念（四）HHHmH63101,101电感SI单位为亨利,符号为H;1 H=1 WbA。通常还用毫亨（mH）和微亨（H）作为其单位,它们与亨的换算关系为3.3.2 电感元件的电感元件的ui关系关系dtdiLudtLiddtduLiLL)(3.7)3.3.3 电感元件的储能（一）电感元件的储能（一）dtdiiLuip)(21)(21

9、022)()(00tLitLidiiLpdtitittL(3.8)在电压和电流关联参考方向下,电感元件吸收的功率为从t0到t时间内,电感元件吸收的电能为3.3.3 电感元件的储能（二）电感元件的储能（二）)(212tLiL从时间t1到t2,电感元件吸收的能量为)()()(21)(21121222)()(21tttLitLidiiLLLtttiL若选取t0为电流等于零的时刻,即i(t0)=例例3.4（一）（一）电路如图3.9（a）所示,L=200mH,电流i的变化如图3.9（b）所示。（1）求电压uL,并画出其曲线。（2）求电感中储存能量的最大值。（3）指出电感何时发出能量,何时接受能量？例例3

10、.4（二）（二）iuLL(a)15012345678910(b)i/mAt/ms30(c)u/Vt/ms3图 3.9 例 3.4 图例例3.4（三）（三）VdtdiLusAdtdiL31510200/1510)01(10)015(333解解（1）从图3.9（b）所示电流的变化曲线可知,电流的变化周期为3ms,在电流变化每一个周期的第1个1/3周期,电流从0上升到15mA。其变化率为例例3.4（四）（四）sAdtdi/1510)01(10)150(33在第个1/3周期中,电流没有变化。电感电压为uL=0。在第个1/3周期中,电流从15mA下降到0。其变化率为电感电压为VdtdiLuL3)15(1

11、02003所以,电压变化的周期为 3ms,其变化规律为第1个1/3周期,uL=3V;第2个1/3周期,uL=0;第3个1/3周期,uL=-3V。例例3.4（五）（五）（2）从图3.9（b）所示电流变化曲线中可知JLii52332maxmax1025.2)1015(102002121例例3.4（六）（六）000uipuipuip第2个1/3周期中第3个1/3周期中（3）从图3.9（a）和图3.9（b）中可以看出,在电压、电流变化对应的每一个周期的第1个1/3周期中例例3.4（七）（七）所以,该电感元件能量的变化规律为在每个能量变化周期的第1个1/3周期中,p0,电感元件接受能量;第2个1/3周期中,p=0 电感元件既不发出能量,也不接受能量;第3个1/3周期中,p0,电感元件发出能量。教学方法教学方法1.以蓄电池为例说明电容的储能作用 2.如果所需的电容值为标称值以外的数值，应如何处理？思考题思考题1.为什么说电容元件在直流电路中相当于开路？2.电容并联的基本特点是：（1）各电容的电压_。（2）电容所带的总电量为_。3.电容串联的基本特点是：（1）各电容所带的电量_。（2）电容串联的总电压为_ _。4.为什么说电感元件在直流电路中相当于短路？