储能器件.ppt

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1、第第6 6章章 储能元件储能元件 6.1 6.1 电容元件电容元件6.2 6.2 电感元件电感元件 6.3 6.3 电容与电感元件的串联与并联电容与电感元件的串联与并联1电感元件的电压与电流关系电感元件的电压与电流关系VCR重点：重点：电容与电感元件的串联与并联电路分析电容与电感元件的串联与并联电路分析电容元件的电压与电流关系电容元件的电压与电流关系VCR26.1 电容元件电容元件346.1 电容元件电容元件 线线性性定定常常电电容容元元件件：任任何何时时刻刻，电电容容元元件件极极板板上上的的电荷电荷q与电压与电压 u 成正比。成正比。Q=Cu电路符号电路符号 电容器电容器:一种能够储存电场能

2、一种能够储存电场能量的实际电路元件。量的实际电路元件。+qqC56.1 6.1 电容元件电容元件电容器电容器 在外电源作用下，正负电极上分别在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的部件。部件。_+qqU电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。注意6 对于线性电容，有：对于线性电容，有：q=Cu 1.元件特性元件特性(库伏特性库伏特性)电容电容 C 的单位：的单位：F(法法)，F，nF，pFCiu+quOC=q/u tg 7

3、2、线性电容的电压、电流关系、线性电容的电压、电流关系（u,i 取关联参考方向）取关联参考方向）Ciu+隔直通交。隔直通交。记忆元件。记忆元件。8讨论讨论：(1)i的大小取决于的大小取决于 u 的变化率，与的变化率，与 u 的大小无关；的大小无关；(2)电容元件是一种记忆元件；电容元件是一种记忆元件；(积分形式积分形式)(3)当当 u 为常数为常数(直流直流)时，时，du/dt=0 i=0。电容在直流电容在直流电路中相当于开路，电容有隔直作用；电路中相当于开路，电容有隔直作用；(4)表达式前的正、负号与表达式前的正、负号与u，i 的参考方向有关。的参考方向有关。当当 u，i为关联方向时，为关联

4、方向时，i=Cdu/dt；当当 u，i为非关联方向时，为非关联方向时，i=Cdu/dt 。电容的电容的VCRVCR9实际电路中通过电容的电流实际电路中通过电容的电流 i 为有限值，为有限值，则电容电压则电容电压 u 必定是时间的连续函数。必定是时间的连续函数。tu010某一时刻的电容电压值与某一时刻的电容电压值与-到该时刻的所到该时刻的所有电流值有关，即电容元件有记忆电流的有电流值有关，即电容元件有记忆电流的作用，故称电容元件为记忆元件。作用，故称电容元件为记忆元件。研究某一初始时刻研究某一初始时刻t0 以后的电容电压，需要以后的电容电压，需要知道知道t0时刻开始作用的电流时刻开始作用的电流

5、i 和和t0时刻的电时刻的电压压 u（t0）。）。表明11当当电电容容的的 u，i 为为非非关关联联方方向向时时，上上述述微微分分和积分表达式前要冠以负号和积分表达式前要冠以负号 ;注意上上式式中中u(t0)称称为为电电容容电电压压的的初初始始值值，它它反反映映电电容容初初始始时时刻刻的的储储能能状状况况，也也称称为为初初始始状态。状态。12电容充放电形成电流：电容充放电形成电流：(1)u0，du/dt0，则，则i0，q ，正向充电正向充电(电流流向正极板电流流向正极板)；(2)u0，du/dt0，则，则i0，q ，正向放电正向放电(电流由正极板流出电流由正极板流出)；(3)u0，du/dt0

6、，则，则i0，q，反向充电反向充电(4)u0，则，则i0，q ，反向放电反向放电 132.电容的储能电容的储能由此可以看出，电容是由此可以看出，电容是无源元件无源元件，它本身不消耗能量。，它本身不消耗能量。从从t0到到 t 电容储能的变化量：电容储能的变化量：143 电容充放电形成电流：电容充放电形成电流：(1)u0，du/dt0，则，则i0，q ，正向充电正向充电(电流流向正极板电流流向正极板)；(2)u0，du/dt0，则，则i0，q ，正向放电正向放电(电流由正极板流出电流由正极板流出)；(3)u0，du/dt0，则，则i0，q，反向充电反向充电(4)u0，则，则i0，q ，反向放电反向

7、放电 154.4.电容的功率和储能电容的功率和储能当电容充电，当电容充电，p 0,电容吸收功率。电容吸收功率。当电容放电，当电容放电，p 0,电容发出功率。电容发出功率。l 功率 电容能在一段时间内吸收外部供给的电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来，在另一段时间能量转化为电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是储能内又把能量释放回电路，因此电容元件是储能元件，它本身不消耗能量。元件，它本身不消耗能量。u、i 取关取关联参考方向联参考方向表明16例：例：1-2 图图(a)示电容示电容C=1F，施加电压波形如图，施加电压波形如图(b)，试，试画出电流

8、波形，并计算画出电流波形，并计算t=0,t=1s电容的能量电容的能量Ciu+01221U/Vt/s176.2 电感元件电感元件186.2 电感元件电感元件(inductor)与电感有关两个变量与电感有关两个变量:L,对于线性电感对于线性电感,有：有：=Li i+u+e 线线性性定定常常电电感感元元件件：任任何何时时刻刻，电电感感元元件件的的磁磁链链 与电流与电流 i 成正比。成正比。Liu+电路符号电路符号1.元件特性元件特性电感电感:一种能够储存磁场能量一种能够储存磁场能量 的实际电路元件。的实际电路元件。19线性电感的线性电感的 i 特性（韦安特性）特性（韦安特性）是过原点的直线是过原点的

9、直线 iOL=/i tg =N (magnetic flux)为电感线为电感线圈的磁通链圈的磁通链(magnetic linkage)L 称为自感系数称为自感系数电感电感 L 的单位：的单位：H(亨亨)(Henry，亨利亨利)H=Wb/A=Vs/A=s 20线性电感电压、电流关系：线性电感电压、电流关系：u,i 取关联参考方向取关联参考方向:Liu+根据电磁感应定律与楞次定律根据电磁感应定律与楞次定律或或21讨论讨论：(1)u的大小取决的大小取决于于 i 的变化率，与的变化率，与 i 的大小无关；的大小无关；(2)电感元件是一种记忆元件；电感元件是一种记忆元件；(积分形式积分形式)(3)当当

10、i 为常数为常数(直流直流)时，时，di/dt=0 u=0。电感在电感在 直流电路中相当于短路；直流电路中相当于短路；(4)表达式前的正、负号与表达式前的正、负号与u，i 的参考方向有关。的参考方向有关。当当 u，i为关联方向时，为关联方向时，u=Ldi/dt；u，i为非关联方向时，为非关联方向时，u=Ldi/dt 。电感的电感的VCR222.电感的储能电感的储能由此可以看出，电感是无源元件，它本身不消耗能量。由此可以看出，电感是无源元件，它本身不消耗能量。是无损元件是无损元件从从t0 到到t 电感储能的变化量：电感储能的变化量：23电容元件与电感元件的比较：电容元件与电感元件的比较：电容电容

11、 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q 结论结论：(1)元件方程是同一类型；元件方程是同一类型；(2)若若把把 u-i，q-，C-L，i-u互互换换,可可由由电电容容元元件件的方程得到电感元件的方程；的方程得到电感元件的方程；(3)C 和和 L称为对偶元件称为对偶元件,、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。*显然，显然，R、G也是一对对偶元素也是一对对偶元素:I=U/R U=I/GU=RI I=GU246.3 电容、电感元件串联与并联电容、电感元件串联与并联（1）n个电容元件串联个电容元件串联（2 2）n n个个电容元件电容元件并联并联1、电容元件串

12、联与并联、电容元件串联与并联KVL VCRKCL VCR2、电感元件串联与并联、电感元件串联与并联25（1）N个电感元件串联个电感元件串联（2 2）N N个个电感电感元件并联元件并联KVL VCRKCL VCR26习习 题题6-110m mFuuii+-+20mH(1)(2)276-2 C=2uF422t/mSu/V0(1)i=?(2)q=?(3)p=?28442t/mSq/uC0422t/mSi/mA0-2442t/mSp/mW0-4吸收功吸收功率率发出功率发出功率2921t/s10WC/J30T6-4 i(0)=0 t=1S t=2S t=3S t=4S的的i 。u/V4102t/S0-10314Hu+-3132