储能元件详解:电容存储电场能与电感存储磁场能
储能元件详解:电容存储电场能与电感存储磁场能
电容元件
定义
线性时不变电容元件
电容的电压与电流关系
如果电流有限,则电压也有限。需要注意的是,这里的"面积"指的是电容极板的面积。
电容的功率和储能
例一
跃变是指物体的物理量从有限值变为无限值的过程。分析上图例题时,需要从负无穷到正无穷来刻画电源波形,即时间轴要铺满。已知电容值和电压的函数,可以推出电流的函数;已知电压和电流的函数,可以推出功率的函数;已知电容值和电压的函数,可以推出能量的函数。
例二
与例一相比,这是一个反向的过程。
实际电容器的电路模型
在实际使用中,电容有时需要考虑其能量损耗,包括电阻和电感效应,因此实际电容往往是非线性的,可以看作是电容与电阻或电感的组合。
科普知识
电容分为分布电容和杂散电容。理论上,只要有电荷存在且电荷不移动,就会形成电容。例如,电线杆间的电线与地面之间存在分布式电容,晶体三极管和二极管、PCB上的走线与走线之间也会分布着杂散电容。这些分布电容和杂散电容是否需要设计到电路中,通常在高频环境下才会考虑,在尽量简化和真实的前提下反映到电路模型中。
电感元件
定义
在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯(Weber),符号是Wb,1Wb=1Tm2=1VS,是标量,但有正负,正负仅代表穿向。
线性时不变电感元件
线性电感的电压与电流关系
电感的结论与电容对偶。
电感的功率与存储
实际电感线圈的模型
实际电感线圈除了电感效应外,还需要考虑电阻的能量损耗。
电容、电感元件的串联与并联
电容像电导,电感像电阻。
电容串联
电容并联
电感串联
电感并联
电容电感并联
电感与电容并联并不总是等效为"无",而是需要通过具体的数值分析和计算来确定其在特定条件下的等效行为。在电路理论中,电感(L)和电容(C)并联的等效电路分析需要考虑它们的电气特性。电感对电流的变化产生反应,而电容则对电压的变化产生反应。当电感与电容并联时,它们会相互影响,形成一个复杂的电路行为,而不是简单地等效为"无"。
然而,在某些特定条件下,电感与电容并联的组合可以表现出特定的电气特性,这些特性在某些情况下可以被视为等效于"无"。例如,当电感与电容的数值和性质满足特定条件时,它们可能会相互抵消,使得整个并联组合的表现接近于开路或短路,但这并不是一个普遍适用的规则。
具体来说,电感与电容并联的等效分析需要考虑它们的阻抗特性。电感的阻抗通常表示为 ZL=JWL,而电容的阻抗表示为Zc= 1/jwc。并联电路的总阻抗是各个元件阻抗的倒数和的倒数,即 1/Ztoltal=1/ZL+1/Zc。在某些特定频率下,如果电感和电容的数值被恰当地选择,它们的阻抗可以相互抵消,使得总阻抗趋于无穷大或零,但这需要具体的数值分析和计算来确定。
总的来说,电感与电容并联并不总是等效为"无",而是需要通过具体的数值分析和计算来确定其在特定条件下的等效行为。在实际应用中,需要根据具体的电路要求和元件参数来设计和分析电感与电容并联电路的性能。