理论教育 电工基础知识:电容和电感选型及典型故障表现

电工基础知识:电容和电感选型及典型故障表现

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:选择电容时不仅要考虑电容量的大小,还应考虑耐压,有特殊要求的电容还应考虑电容的材料和工作频率等因素。电容的典型故障主要表现为失效(开路)、电容量减小和击穿。电感对交流电的阻碍作用称作感抗,用XL表示,单位为Ω。

电工基础知识:电容和电感选型及典型故障表现

1.基本概念

(1)电阻 自由电子在导体中定向移动时所受到的阻碍作用称为电阻,用文字符号R来表示,单位为Ω。用公式表示为

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式中 L——导体的长度,单位为m;

S——导体的截面积,单位为m2

ρ——导体的电阻率,单位为Ω·m。

选择电阻时不仅要考虑阻值的大小,还应考虑功率的许可,有特殊要求的电阻还必须考虑电阻的材料和误差等因素。

电阻的典型故障主要是阻值变大或开路(即断路)。

(2)电容 电容是表征两导体和其间电介质特性的参量。用公式表示为

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式中C——电容,单位为F;

Q——两导体分别带有的等量正负电荷,单位为C;

U——两导体间的电压,单位为V。

电容的单位还有微法(μF)、皮法(pF),其关系是:1F=106μF=1012pF。

电容并联后总电容变大,串联后总电容变小。例如,两只均为10μF的电容,并联后总的等效电容为20μF,串联后总的等效电容为5μF。

选择电容时不仅要考虑电容量的大小,还应考虑耐压,有特殊要求的电容还应考虑电容的材料和工作频率等因素。

电容的典型故障主要表现为失效(开路)、电容量减小和击穿。

(3)电感 电感是表征载流线圈及其周围导磁物质性能的参量。用公式表示为

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式中 L——电感,单位为H;

μ——介质的磁导率,单位为H/m;

N——线圈的匝数;

S——线圈的横截面积,单位为m2

l——线圈的长度,单位为m。

电感的单位还有毫亨(mH)、微亨(μH)表示,其关系是:1H=103mH=106μH。

电感不仅与线圈的形状、大小及匝数有关,还与介质的磁导率μ和线圈周围导磁物质中的磁场分布情况有关。(www.daowen.com)

电感对交流电的阻碍作用称作感抗,用XL表示,单位为Ω。感抗与交流电的频率和线圈的电感成正比。理想电感(直流电阻视为0Ω)对稳恒直流电可视作短路。

2.欧姆定律的概念

欧姆定律说明了在稳恒电流通过电路时,电流、电压(或电动势)与电阻间的相互关系,有两种表示形式:

(1)部分电路欧姆定律 通过部分电路的电流I,等于该部分电路两端电压U除以该部分电路的电阻R。基本公式为I=U/R,其他形式为U=IRR=U/I

(2)全电路的欧姆定律 通过全电路(指由外电路和内电路组成的闭合回路)的电流I,等于电路中电源的电动势E除以电路中的总电阻(外电阻R和电源内阻r之和),即I=E/R+r)。

当外电路的电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大,即实现了负载与电源的匹配。

3.串并联电路

(1)串联电路 图1-1a中,把几个电阻首尾依次相连,这时通过每一个电阻的电流相同,这种连接方式叫做电阻的串联。

1)串联电路中,总电压等于各个电阻上分电压之和,即U=U1+U2+U3=IR1+IR2+IR3

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图1-1 电阻串并联电路

a)电阻串联 b)电阻并联

2)串联电路中,总电阻等于各分电阻之和,即R=R1+R2+R3

3)串联电路中,每个电阻上的电压与总电压之间的关系为:U1=UR1/RU2=UR2/RU3=UR3/R。每个电阻上分得的电压多少和电阻成正比,电阻越大,分得的电压越多。

(2)并联电路 图1-1b中,若把几个电阻分别连接在两个节点之间,每个电阻两端承受的是同一电压,这种连接方式叫做电阻的并联。

1)并联电路中,总电流等于各并联支路电流之和,即I=I1+I2+I3=U/R1+U/R2+U/R3

2)并联电路中,总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和,即1/R=I/U=1/R1+1/R2+1/R3。如果是R1R2两个电阻并联,其总电阻为R=R1R2/(R1+R2)。两个并联电阻的总电阻,比其中任何一个电阻的阻值都要小。

3)并联电路中,每个电阻上流过的电流大小与电阻成反比,电阻越小,分流电流越大。

4.交流电的基本概念

交流电是指电流、电压、电动势的大小和方向都随时间按一定规律作周期性变化。交流电分为正弦交流电和非正弦交流电两种。现在电力系统广泛应用的是随时间按正弦规律变化的正弦交流电(以后简称交流电),图1-2所示为两正弦交流电的波形。

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图1-2 两正弦交流电的波形

(1)周期和频率 交流电每交变一周(次)所需要的时间叫做周期,用T表示,单位为秒(s)。周期越短,表明交流电重复变化越快。每秒内正弦交流电交变的周(次)数叫做频率,用f表示,单位为赫兹,简称赫(Hz)。频率越高,表示交流电交变越快。周期和频率互为倒数关系,即T=1/f。我国使用工频为50Hz的交流电。

(2)有效值 把交流电和直流电分别通入两个电阻值相同的导体中,如果在相同时间内电阻产生的热量相等,就把直流电的大小确定为交流电的有效值,又称为均方根值,分别用EUI表示电动势、电压、电流的有效值。

如用指针式万用表测得的单相220V照明电压就是有效值。

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