第4单元 电容（课件）- 《电工技术基础与技能》同步教学（人民邮电出版社）

电工技术基础与技能 第4单元 电容 知识目标： 了解电容的概念，了解电容器的种类、外形和参数，了解储能元件的概念。 理解电容器充电、放电过程。 掌握电容器串联、并联电路的特点。 了解RC 电路瞬态过程，理解时间常数的概念，了解时间常数在电气工程技术中的应用。 技能目标： 能根据要求，正确选择利用电容器串联和并联方式获得合适的电容。 会判断电容器的好坏。 情景导入 在电子电路中，电容器是基本元件之一，可用做滤波、耦合、调谐、隔直流（简称隔直）等，如图4.1 所示；在单相电动机中，电容器是重要的起动元件，如图4.2 所示。 在电力系统中，电容器是功率因数的补偿元件，如图4.3 所示；在中频感应加热系统中，电容器可以提高功率因数，改善回路特性，如图4.4 所示。 电容的基本知识 1 　电容器的连接 2 　瞬态过程 3 技能实训 4 第1节 电容的基本知识 一、电容器与电容 二、电容器的符号和参数 三、电容器的充电与放电 四、电容器的电场能量 一、电容器与电容 任何两个被绝缘介质隔开而又互相靠近的导体，就可称为电容器。这两个导体就是电容器的两个极板，中间的绝缘物质称为电容器的介质。 电容器最基本的特性是能够储存电荷。 电容器所储存的电荷量与两极板间的电压的比值是一个常数，称为电容器的电容量，简称电容，用字母C 表示。它表示电容器储存电荷的本领，用公式表示为 电容的单位是法拉，简称法，用符号F 表示。 1μF = 10–6F 1pF = 10–12F 最简单的电容器是平行板电容器，平行板电容器的电容量与电介质的介电常数及极板面积成正比，与两极板间的距离成反比 不同电介质的介电常数是不同的，真空中的介电常数用ε0 表示。实验证明： ε0 = 8.85×10–12F/m 其他电介质的介电常数是它们的介电常数与真空中的介电常数的比值，叫做某种物质的相对介电常数，用εr 表示 二、电容器的符号和参数 1．电容器的符号 2．电容器的参数 （1）额定工作电压。电容器的额定工作电压一般称为耐压，是电容器能长时间稳定工作，并能保证电介质性能良好的直流电压的数值。 （2）标称容量和允许误差。电容器的标称容量是指标注在电容器上的电容。 电容器的允许误差，按其精度可分为±1%（00 级）、±2%（0 级）、±5%（Ⅰ级）、±10%（Ⅱ级）和±20%（Ⅲ级）5 级（不包括电解电容器）。 三、电容器的充电与放电 做一做 电容器充电、放电实验电路如图4.7 所示。 电容器是一种储能元件 2. 电容器能够隔直流、通交流 四、电容器的电场能量 电容器充电时所储存的电场能为 工程应用 超级电容器又称超大容量电容器、金电容、黄金电容、储能电容、法拉电容、电化学电容器或双电层电容器（ Electric Double Layer Capacitors， EDLC），是靠极化电解液来存储电能的新型电化学装置，如图4.9（a）所示。它是近十几年随着材料科学的突破而出现的新型功率型储能元件，其批量生产不过几年时间。同传统的电容器和二次电池相比，超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。 第2节 电容器的连接 一、电容器的串联 二、电容器的并联 一、电容器的串联 将2 个或2 个以上的电容器首尾依次相连，中间无分支的连接方式叫做电容器的串联，如图4.10 所示。 1. 电量特点 Q = Q1 = Q2 2. 电压特点 U = U1 + U2 3. 电容特点 4. 电压分配 C1U1 = C2U2 提示：电容器串联电路的电容特点与电阻并联电路的电阻特点类似，实际应用中要加以区别。当有n 个等值电容器串联时，其等效电容为 。 二、电容器的并联 将2 个或2 个以上电容器接在相同的两点之间的连接方式叫做电容器的并联，如图4.12 所示。 1. 电压特点 U = U1 = U2 2. 电量特点 Q = Q1 + Q2 3. 电容特点 C = C1 + C2 提示： 当n 个等值电容器并联时，其等效电容为C = nC0。 * 第3节 瞬态过程 一、瞬态过程 二、换路定律 三、RC 电路的瞬态过程 四、时间常数 一、瞬态过程 做一做 在如图4.14 所示电路中，HL1、HL2、HL3 是3 个完全相同的灯泡。 纯电阻电路不需要时间过程。 灯泡HL2 支路与纯电感电路串联，在开关S 闭合瞬间，该支路电流从一种稳定状态到另一种稳定状态，需要一个时