5.3纯电容正弦交流电路(课件）-《电工基础》同步教学（广东高等教育出版社）

第五章 单相交流电路的基本组成 第1节 正弦交流电 第2节 纯电阻正弦交流电路 第3节 纯电容正弦交流电路 第4节 纯电感正弦交流电路 通过本章的学习，你将会学习到交流电路的基本组成和三种典型元件的特性， （1）理解正弦交流电的概念，知道交流电与直流电的区别，了解谐波的概念。 （2）理解正弦交流电的基本要素，掌握各要素之间的相互关系。 （3）理解正弦交流电的波形图与解析式，能够在两种表示法下读取正弦交流电基本要素，知道在两种表示法下如何判断两个交流电之间的相位关系。 （4）了解电容器、线圈，理解电容、电感的概念，知道它们的单位、影响因素、工作过程及在实际中的应用； （5）掌握纯电阻、纯电容、纯电感正弦交流电路中电压、电流及功率关系，掌握电容、电感串并联等效值的计算方法。 （6）了解矢量表示法*。 第 3 节 纯电容正弦交流电路 观察电路板上的元器件，试着拆开风扇电动机罩，熟悉电容器的外观及参数。 图5-35 一. 电容器与电容量 第3节 纯电容正弦交流电路 两块靠近的金属导体，中间隔着绝缘物质就构成一个电容器。 电容器具有存贮电荷的能力。 电容器图形符号： 绝缘层 图5-24 用图5-37中的图形符号来表示电容器是否正确？为什么？ 练 一 练 图5-37 第3节 纯电容正弦交流电路 电容量是电容器的重要参数，体现了器件存储电荷的能力大小，电容量符号C，国际标准单位：法拉，简写为法（F）。实际中还常用皮法（pF）、微法（μF）为单位。 一. 电容器与电容量 第3节 纯电容正弦交流电路 电容器电容量C的大小只与电容器自身的因素有关。 S：两极板的相对面积 d：极板间距 ε：中间绝缘物质的介电常数 例：平行板电容的计算公式： 电介质 介电常数ε/F·m-1 电介质 介电常数ε/F·m-1 蜡纸 3.810-11 橡皮 2.410-11 空气 8.8510-12 云母 （5.31～6.64）10-11 矿物油 1.9510-11 玻璃 （4.87～7.08）10-11 大理石 7.3510-11 瓷 5.1310-11 人造云母 4.610-11 青石 5.9310-11 表5-2 一. 电容器与电容量 电容器也称电容、电容元件，也是电路常用元器件。电容器种类繁多，按电容量是否可调，分为固定电容器和可变电容器。固定电容器又分为有极性电容器（如电解电容）和无极性电容器。 （a）瓷介电容 （b）涤沦电容 （c）电解电容 （d）可变电容 图5-38 常见电容器 小 提 示 电容器的主要指标包括标称值、耐压等，往往标注在元件表面。 例：某电解电容的铭牌： 电容量标称值为1000μF 耐压80V 灰白色条上标注“－”的引脚是电容器的负极。 小 提 示 *二. 电容器的工作过程 第3节 纯电容正弦交流电路 电压、电流呈指数上升或下降。 （a）充电 （b）放电 电容器充、放电过程中，电路中有电流流过，但并没有流过电容器极板间的绝缘物质； 充、放电过程结束后，电路中没有电流。 第3节 纯电容正弦交流电路 （a）充电 （b）放电 τ：电容器充放电的时间常数， 单位秒（s）。 τ＝RC， 其中R为充放电回路中的电阻。 如果将充、放电的过程划分为五个τ，则在第一个τ时刻电压、电流将上升或下降至最大值的63.2%， 五个τ时间后基本达到稳定。 *二. 电容器的工作过程 【例5-13】 已知电容器C＝1000μF，电源E＝12V经电阻R＝2kΩ向其充电，求：（1）时间常数τ；（2）第一个τ时刻电容器两端电压uC。 三. 单一电容的电压、电流及功率关系 第3节 纯电容正弦交流电路 经推导，若： 则 故： 进一步： 其中： 总结：纯电容正弦交流电路中，电容器两端的电压和流过的电流的最大值、有效值之间存在类似欧姆定律的关系。电压和电流频率相等、电流的初相超前电压90°。 图5-42 第3节 纯电容正弦交流电路 容抗XC表示电容器对交变电流的阻碍作用。在一定的电压下，容抗越大，电路中的电流越小。 在直流电路中，电源的频率f＝0，电容器的容抗为无穷大，相当于开路，我们称为“隔直”； 在交流电路中，电源的频率f为某一数值，电容器的容抗就相当于电路中存在电阻，电路中照样有电流流过，我们称为“通交”。而且，频率越高，容抗越小，我们称为“通高频、阻低频