电工基础教案第三章

电工基础教案第三章第1页，课件共15页，创作于2023年2月第一节电路产生过渡过程的原因1.电路的工作状态有稳态和暂态之分：稳态：就是在所给定的条件下，电路中的电压和电流等电路物理量，达到某一个稳定数值时的状态（对交流电而言，其振幅值达到稳定值）。暂态：暂态是指非稳定状态。电路从一种稳定状态变化到另一种稳定状态的中间过程，叫电路的过渡过程，有时也称为动态过程或暂态过程。（如电容器的充放电过程、电感元件储放能过程都是动态过程。）2.电路产生过渡过程的原因有两个：一是接通或断开电路、改接电路、电路参数变化、电源变化等等。(象这种引起过渡过程的电路变化叫换路象这种引起过渡过程的电路变化叫换路，换路是电路产生过渡过程的外因。)第2页，课件共15页，创作于2023年2月二是电路中含有储能元件电感L或电容C，它是产生过渡过程的内因。3.一阶动态电路：含有一个储能元件的动态电路，即一阶动态电路。第二节

电容元件一.电容元件1.电容器：电容器就是一种用来储存电荷和电场能量的“容器”2.电容器的组成：它是由任何形状的两个导体中间隔以绝缘物质构成的整体，其中两个导体称为极板说明：电容器两极板接上电源后就开始储存电荷，带正电荷的极板叫正极板，带负电荷的极板叫负极板与此同时两极板间建立起电场，并储存电场能量。当电源断开后，电荷在一段时间内仍聚集在极板上，内部电场仍然存在，故电容器是一种能够储存电场能量的元件。第3页，课件共15页，创作于2023年2月3.电容元件：4.电容的作用：电容器是组成电子电路的基本元件之一，广泛应用于耦合电路、滤波电路、调谐电路、振荡电路等等。

在电力系统中，电容可以用来改善系统的功率因数，提高电能的利用率。在机械加工工艺中，电容还可用于电火花加工。5.电容的分类：常见电容器的电介质有空气、纸、云母、塑料、薄膜（包括聚苯乙烯、涤纶）和陶瓷等6.几种常见电容的符号：无漏电流和介质损耗的电容器就是理想电容器，即电容元件，简称为电容，用C表示。第4页，课件共15页，创作于2023年2月7.电容器的两个主要参数：电容量和耐压值。（1）电容量：a.电容量是衡量电容器储存电荷能力大小的一个物理量，简称电容，通常也用符号C表示。这样“电容”一词既表示电容元件本身，又表示其参数。

b.电容的计算公式：式中C——电容器的电容量，单位为法拉（F）

q——极板上所带电量，单位为库仑（C）；

U——极板间电压，单位为伏特（V）,参考方向规定为从正极板指向负极板第5页，课件共15页，创作于2023年2月c.电容常用的单位：实际应用中，由于法拉单位太大，所以常用的单位有微法（μF）和皮法（pF）国际单位制中电容的单位是法拉（F），简称法它们之间的换算关系为：

d.说明:（a)通常电容器的电容量C是一个常数，只与极板面积的大小、形状、极板间的距离和电介质有关,与电压U和电荷q无关，这种电容器叫线性电容元件。

(b)实际电容器都在其外壳上标有电容量的大小，这个容量称为标称容量。电容器的实际容量与标称容量之间的误差，反映了实际电容器的精度。（2）工作电压:

通常在电容器上都标有额定工作电压（也叫耐压）。

第6页，课件共15页，创作于2023年2月在使用时所加的工作电压不得超过其耐压，否则，电容器会被击穿而损坏二．电容上电压与电流间的关系假设电容电压与电容所在支路的电流（可以认为是电容元件上的电流）为关联参考方向，如图所示则：

i——电容器所在支路的电流，单位为安培（A）C——电容器的电容量，单位为法拉（F）——电压对时间的变化率，单位为伏特/秒（V/S）第7页，课件共15页，创作于2023年2月说明：（1）由于电容器两极板间的电介质是绝缘的，所以理想电容器中不会有电流通过。通常所说的通过电容器的电流，实际是指电容器所在支路的电流。当电容器两极板间电压升高或降低时，极板上的电荷相应地聚集或减少，那么就会有电荷在电容器所在支路中定向移动形成电流，并且电压变化越快，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多，电流越大（2）若电容元件上所加电压为直流时，无论dt为何值，du=0,i=0。所以稳态时电容元件对直流信号相当于开路。只有当电容元件上所加电压有变化（如电压为交流）时，才不为0。三．电容元件储存的电场能量WC——电容元件上储存的电场能量，单位为焦（J）u——电容上电压的瞬时值，单位为伏特（V）

C——电容器的电容量，单位为法拉（F）第8页，课件共15页，创作于2023年2月四．电容元件的联接电容器的基本组合方式有串联、并联和混联三种类型（1）电容元件的并联：如图所示电容并联具有以下几个特点：

a．各元件端电压相等，等于电路两端总电压。即

b．电容器组储存的总电量等于各电容器储存电量之和。即其中

c．电容器组的总电容（等效电容）等于各电容器电容量之和。第9页，课件共15页，创作于2023年2月注：应用电容的并联增大电容量时，不能忽视电容的耐压。任一电容器的耐压均不能低于外加的工作电压，否则该电容器会被击穿，所以，并联电容器组的耐压值等于各电容器中耐压值最小的那个值。【例3.2】

有四个电容器并联，其中两个电容器的电容均为0.2μF，耐压均为500V，另两个电容器的电容均为0.6μF，耐压均为300V，求总电容和耐压值。解：电容器组的耐压值等于各电容器耐压值中最小者，即（2）电容元件的串联，其等效电路如图所示。第10页，课件共15页，创作于2023年2月电容元件串联使用时，有以下几个特点：a．各电容元件储存的电量相等，等于电容元件组储存的总电量q，即：b．总电压等于各电压之和，即：c．串联时等效电容的倒数等于各电容的倒数之和：若两个电容元件串联，则：d．串联时工作电压的选择：求出每一个电容器允许储存的电量（即电容乘以耐压），选择其中最小的一个（用qmin表示）作为电容器组储存电量的极限值，电容器组的耐压就等于这个电量除以总电容，即第11页，课件共15页，创作于2023年2月由于所以第12页，课件共15页，创作于2023年2月说明：当n个相同的电容串联时，电容器组的总的耐压为单个电容器耐压的n倍，故电容器串联可提高耐压。【例3.3】有三个电容器串联，其电容分别为3μF、4μF、6μF，它们的耐压值都是500V，求电容器组的总电容和耐压。解：总电容为各电容所允许储存的电荷量：比较后，得：故电容器组的总耐压为第13页，课件共15页，创作于2023年2月（3）电容器的混联。既有串联又有并联的电容器组合电路，叫做电容器的混联。【例3.4】已知三个电容器C1、C2、C3的电容分别为3μF、2μF、4μF，其中电容