图 2 显示了带有电感器的降压转换器应用。请注意，电感器的基本电路模型仅包括直流电阻和固定电感器值。直流电阻值将提供对电感器耗散的非常低的估计。有...
了解直流电路电容器的行为
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2024年10月22日 18:25 45
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电容器是绝缘体，因此在任何包含电容器的电路中测量的电流都是自由电子从电容器的正极移动到该电容器或另一个电容器的负极的移动。电流不会流过电容器，因为电流不会流过绝缘体。当电容器电压等于电池电压时，没有电位差，电流停止流动，电容器充满电。如果电压升高，电子从正极板进一步迁移到负极板会导致电容器上的电荷增加，电压也更高。
电容器的另一块板与电池的负极相连，将接收从电容器另一侧移出的自由电子，从而带负电。
时间常数
电容器的充电速率取决于电容和电路电阻。
费用计算公式为：
\[Q=CV=它\]
由于 t = CV/I 且 R = V/I
所以
\[\tau=RC\]
在哪里
\（\tau\）= 电容器的充电时间（秒）（一个“时间常数”）
R = 电阻（单位：欧姆）
C = 电容（法拉）
τ是什么样的时间？
示例 1
一个电路由一个 100 kΩ 电阻和一个 500 ?F 电容串联组成。电容两端的电压需要多长时间才能达到电源电压的 63%？
\[\tau=RC=100E+3\times500E-6=50s\]
因此，要增加充电时间，必须增加电容或电阻。同样，降低任一值都会减小时间常数。
将电容器放电到固定电阻会产生另一条指数曲线，这次会减小至零。
由于电流反向流动，放电电流为负值。电荷从电容器流出。
曲线显示，当电压快速变化时（即在充电和放电开始时），电流达到最大值。
当电压稳定时，电流为零，但从技术上讲，电压永远不会达到最大值，因为指数曲线会无限上升（电压永远不会达到稳定值）。
当电路电阻值非常小时，会产生极高的电流值，充电时间可能会缩短至百万分之一秒。根据 Q = VC = IT，当放电时间很短时，必须流过大电流。这种高放电电流可能很危险。
由于没有一种电介质是完美的绝缘体，带电电容器会随着电流从一个极板泄漏到另一个极板而慢慢失去电荷。然而，真正优质的电容器可以保持电荷很长时间。
通过了解电阻和电容，可以计算出电容器充电或放电至设定电压所需的时间，可以设计一个电路以该值运行，例如打开或关闭灯或控制电动机运行或启动所需的时间。
电容器中储存的能量
当电容器充电时，极板之间存在静电场 。这是由于电子从正极板泵送到负极板，以及它们与对应正离子之间的吸引力所致。存储能量的实际值取决于电容器的容量和电压。
与电感器不同，电感器必须有动态电子流（电流）才能维持其电荷，而电容器只需要存储（静态）电子电荷。电子和正离子之间的吸引力使电子保持在原位，并且电容器保持带电状态，直到漏电使电荷逸出。
场中存储的实际能量值取决于施加的电压和电容。使用以下公式确定电容器中存储的能量：
\[W=\frac{1}{2}CV^{2}\]
示例 2
1 ?F 电容器由 300 V 直流电源充电。求出电容器中存储的能量。
\[W=\frac{1}{2}CV^{2}=\frac{1}{2}\times1E-6\times300^{2}=0.045J(45mJ)\]
带电电容器的危险
示例 2 中的电容器中存储的能量值当然很低。但是，由于端子之间的电位差为 300 V，操作员可能会受到令人不快的（甚至危险的）电击。
电容器可以在电源断开后长时间储存??电荷。三相线电压上使用的电容器的电荷可能超过 500 V。现代开关式焊机等电路可能具有大电容器，其电荷远高于电源电压，即使插头从插座中拔出后仍能保持带电。电气工程师在处理电容器时应始终小心谨慎。
根据实际情况，充电电容器可能会流出较大的放电电流。为了说明这一点，请考虑示例 3。
示例 3
一个 0.4 Ω 的电阻器连接在 1 μF 电容器的两端，同时将其充电至 300 VDC。流过电容器和电阻器的电流是多少？
根据欧姆定律：
\[I=\frac{V}{R}=\frac{300}{0.4}=750A\]
这种电流会持续很短的时间，然后逐渐减小到很低的值。但是，如果电路或电容器不能承受这种电流冲击，它可能会导致电路损坏。
这种电路是摄影闪光灯的基础，它能产生几毫秒的高电流，从而产生像相机闪光灯一样的明亮电弧。电容器充电至 200-500 V，然后放电到充满氙气的管子中。
在处理电容器或在使用电容器的电路上工作之前，明智的预防措施是确保电容器已放电。小型电容器可以通过短路直接放电。不过，如果存在安全问题，较大的电容器可能需要放电（泄放）电阻器 来控制放电期间的电流值。
有些电路将高值“泄放”电阻永久地连接在电容器上，以确保可控放电。这尤其适用于高压电路。
直流电路电容器要点
在直流电路中，电容器起着至关重要的作用。时间常数由电路中的电容和电阻决定，控制电容器的充电和放电行为。了解时间常数有助于分析瞬态响应并确定电容器达到最终电压或放电至零的速率。
电容器还具有储存电能的能力，可以在需要时释放电能。然而，必须小心与带电电容器相关的危险，因为它们可以保留大量的电能。
图 1 显示了连接到电池的电容器。首次连接时，电容器不带电，这意味着电容器两侧的自由电子数量大致相等。电容器将开始充电，电池的正极板会吸引电容器中的一些自由电子，导致连接的电容器板带正电。
电容器的另一块板与电池的负极相连，将接收从电容器另一侧移出的自由电子，从而带负电。
时间常数
电容器的充电速率取决于电容和电路电阻。
费用计算公式为：
\[Q=CV=它\]
由于 t = CV/I 且 R = V/I
所以
\[\tau=RC\]
在哪里
\（\tau\）= 电容器的充电时间（秒）（一个“时间常数”）
R = 电阻（单位：欧姆）
C = 电容（法拉）
τ是什么样的时间？
时间常数通常用希腊字母 tau 或 τ 表示，它是电容器充电至施加电压的 63% 的时间。
示例 1
一个电路由一个 100 kΩ 电阻和一个 500 ?F 电容串联组成。电容两端的电压需要多长时间才能达到电源电压的 63%？
\[\tau=RC=100E+3\times500E-6=50s\]
因此，要增加充电时间，必须增加电容或电阻。同样，降低任一值都会减小时间常数。
请注意，该公式不包括电压或电流。电源电压不会影响任何给定电容器的充电时间。电源电压加倍会使充电电流加倍，但推入电容器的电荷也会加倍，因此充电时间保持不变。绘制任何从恒定电压充电的电容器的电压值与时间的关系图，会得到一条向施加电压增加的指数曲线。
将电容器放电到固定电阻会产生另一条指数曲线，这次会减小至零。
由于电流反向流动，放电电流为负值。电荷从电容器流出。
曲线显示，当电压快速变化时（即在充电和放电开始时），电流达到最大值。
当电压稳定时，电流为零，但从技术上讲，电压永远不会达到最大值，因为指数曲线会无限上升（电压永远不会达到稳定值）。
当电路电阻值非常小时，会产生极高的电流值，充电时间可能会缩短至百万分之一秒。根据 Q = VC = IT，当放电时间很短时，必须流过大电流。这种高放电电流可能很危险。
由于没有一种电介质是完美的绝缘体，带电电容器会随着电流从一个极板泄漏到另一个极板而慢慢失去电荷。然而，真正优质的电容器可以保持电荷很长时间。
因此，为了降低触电风险，许多高压、大功率电路在电容器两端连接了一个高值泄放电阻器，以便在大约十秒内将电荷降低到安全限度（见图 4）。
通过了解电阻和电容，可以计算出电容器充电或放电至设定电压所需的时间，可以设计一个电路以该值运行，例如打开或关闭灯或控制电动机运行或启动所需的时间。
电容器中储存的能量
当电容器充电时，极板之间存在静电场 。这是由于电子从正极板泵送到负极板，以及它们与对应正离子之间的吸引力所致。存储能量的实际值取决于电容器的容量和电压。
与电感器不同，电感器必须有动态电子流（电流）才能维持其电荷，而电容器只需要存储（静态）电子电荷。电子和正离子之间的吸引力使电子保持在原位，并且电容器保持带电状态，直到漏电使电荷逸出。
场中存储的实际能量值取决于施加的电压和电容。使用以下公式确定电容器中存储的能量：
\[W=\frac{1}{2}CV^{2}\]
示例 2
1 ?F 电容器由 300 V 直流电源充电。求出电容器中存储的能量。
\[W=\frac{1}{2}CV^{2}=\frac{1}{2}\times1E-6\times300^{2}=0.045J(45mJ)\]
带电电容器的危险
示例 2 中的电容器中存储的能量值当然很低。但是，由于端子之间的电位差为 300 V，操作员可能会受到令人不快的（甚至危险的）电击。
电容器可以在电源断开后长时间储存??电荷。三相线电压上使用的电容器的电荷可能超过 500 V。现代开关式焊机等电路可能具有大电容器，其电荷远高于电源电压，即使插头从插座中拔出后仍能保持带电。电气工程师在处理电容器时应始终小心谨慎。
根据实际情况，充电电容器可能会流出较大的放电电流。为了说明这一点，请考虑示例 3。
示例 3
一个 0.4 Ω 的电阻器连接在 1 μF 电容器的两端，同时将其充电至 300 VDC。流过电容器和电阻器的电流是多少？
根据欧姆定律：
\[I=\frac{V}{R}=\frac{300}{0.4}=750A\]
这种电流会持续很短的时间，然后逐渐减小到很低的值。但是，如果电路或电容器不能承受这种电流冲击，它可能会导致电路损坏。
这种电路是摄影闪光灯的基础，它能产生几毫秒的高电流，从而产生像相机闪光灯一样的明亮电弧。电容器充电至 200-500 V，然后放电到充满氙气的管子中。
在处理电容器或在使用电容器的电路上工作之前，明智的预防措施是确保电容器已放电。小型电容器可以通过短路直接放电。不过，如果存在安全问题，较大的电容器可能需要放电（泄放）电阻器 来控制放电期间的电流值。
有些电路将高值“泄放”电阻永久地连接在电容器上，以确保可控放电。这尤其适用于高压电路。
直流电路电容器要点
在直流电路中，电容器起着至关重要的作用。时间常数由电路中的电容和电阻决定，控制电容器的充电和放电行为。了解时间常数有助于分析瞬态响应并确定电容器达到最终电压或放电至零的速率。
电容器还具有储存电能的能力，可以在需要时释放电能。然而，必须小心与带电电容器相关的危险，因为它们可以保留大量的电能。
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