青工培训大纲二

凯奇数控设备成套有限公司青工培训大纲（二）（2008/011/12）第五讲，电容1.电容器的原理电容器是一种能储存电荷的容器．它是由两片靠得较近的金属片，中间再隔以绝缘物质而组成的．两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。当非导电体（介质）的两个相对导体表面（金属片）保持某一电位差时，由于电荷移动的结果，能量便贮存在该非导电体之中图1，电容结构示意图把电容器的两个电极分别接在电源的上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压（也可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，称做该电容器的电容量。金属片正极介质负极图2-a电容的充电电流i图2-b电容的充电电压u充电时间10%~90%t0te充电结束时的电压=峰值充电结束时的电流=0图2，电容充电时的电流、电压1/8凯奇数控设备成套有限公司图3，脉冲电压加在电容两极时电容充放电的电压变化相关计算公式：电容充电时，电荷关系式为Q=C*V对于RC回路，电容上的电压值为Vc=1-e-1/(R*C)）当充电初始时间t=0，Vc=0，则τ=RC称为时间常数，e为自然对数的底，e=2.718.。在一个RC时间内电容两端电压变化是电容的电压初始值与电路的供电电压差值的63%。惯例认为5个RC时间后，电容两端电压充满，实际达到99%。2.电容的阻抗（容抗）电容器对直流电阻力无穷大，即电容器具有隔直流作用。电容器对交流电的阻力受交流电频率影响，即相同容量的电容器对不同频率的交流电呈现不同的容抗。电容器是依靠它的充放电功能来工作的，加在电容器两个极板上的交流电频率高，电容器的充放电次数增多；充放电电流也就增强；即电容器对于频率高的交流电的阻碍作用就减小，称为容抗小；反之电容器对频率低的交流电产生的容抗大。对于同一频率的交流电电，电容器的容量越大，容抗就越小，容量越小，容抗就越大。电容阻抗（容抗）计算（复数计算方法-公式中的所有变量、参数均为复数）电荷：q=UC；其中U为加在电容两极之间的电压，C为电容量充电电流：I=dq/dt=jωUC；电容阻抗（容抗）：Zc=U/I=1/jωC；此为复数表达方式，其中j为复数的虚数部分电容阻抗（容抗）的绝对值：|Zc|=1/ωC；其中ω为加在电容两极电压信号的角频率=1/2πfC（π=3.14159）；f加在电容两极电压信号的频率（实数计算方法-公式中的所有变量、参数均为实数）电荷：Q=cV单位单位电荷：dQ/dt=cdv/dt；（因为c=dQ/dv）2/8凯奇数控设备成套有限公司充电电流：I=CωVcosωt；充电电流超前于充电电压90°即1/cω=(V/I)cosωt所以Zc=V/I=1/ωc；角频率与频率的关系式ω=2πf3.电容的符号电容的符号是C。电容的符号同样分国内标表示法和国际电子符号表示法，但电容符号在国内和国际表示都差不多，唯一的区别就是在有极性电容上，国内的是一个空筐下面一根横线，而国际的就是普通电容加一个＋符号代表正极。4.电容的单位在国际单位制里，电容的基本单位是法拉，简称法，符号是F。常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)皮法又称微微法等，换算关系是：1法拉(F)＝1000毫法(mF)＝1000000微法(μF)1微法(μF)＝1000纳法(nF)＝1000000皮法(pF)。5.电容的分类电容(Electriccapacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同：z按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。z按介质材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容。如：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等z按原理上根据极性分为：有极性电容和无极性电容。我们昀常见到的有极性电容就是电解电容。附图中展示了部分常见的电容：金属化聚丙烯电容聚酯乙烯薄膜电容金属化聚酯薄膜电容图4，几类常见的电容3/8凯奇数控设备成套有限公司各种电容的优缺点对比极性名称制作优点缺点无无感CBB电容2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。无感，高频特性好，体积较小不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差。无CBB电容2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。有感，其他同上。无瓷片电容薄瓷片两面渡金属膜银而成。体积小，耐压高，价格低，频率高（有一种是高频电容）易碎！容量低无云母电容云母片上镀两层金属薄膜容易生产，技术含量低。体积大，容量小，（几乎没有用了）无独石电容体积比CBB更小，其他同CBB，有感有电解电容两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后浸泡在电解液（含酸性的合成溶液）中。容量大。高频特性不好。有钽电容用金属钽作为正极，在电解质外喷上金属作为负极。稳定性好，容量大，高频特性好。造价高。（一般用于关键地方）6.电容的型号命名及标志方法第一部分：用字母表示名称，电容器为C第二部分：用字母表示材料。第三部分：用数字表示分类。第四部分：用数字表示序号。1）电容的型号命名各国电容器的型号命名很不统一，国产电容器的命名由四部分组成：以下附表列出了常见电容器的字母符号：字母电容器介质材料字母电容器介质材料A钽电解L聚脂等有极性有机薄膜B聚笨乙烯等非极性有机薄膜N铌电解C高频陶瓷O玻璃膜D铝电解Q漆膜E其他材料电解T低频陶瓷G合金电解V云母纸H纸膜复合Y云母I玻璃釉Z纸J金属化纸4/8凯奇数控设备成套有限公司2）电容容量的标志方法：z直接标称法：用字母和数字把型号、规格直接标在外壳上。如果数字是0.001，那它代表的是0.001uF＝1nF，如果是10n，那么就是10nF，同样100p就是100pF。z不标单位的直接表示法：用1~4位数字表示容量，单位为pF，如350为350pF，3为3pF，0.5为0.5pFz文字符号法：用数字、文字符号有规律的组合来表示容量。文字符号表示其电容量的单位：P、N、u、m、F等。和电阻的表示方法相同。标称允许偏差也和电阻的表示方法相同。小于10pF的电容，其允许偏差用字母代替：B——±0.1pF，C——±0.2pF，D——±0.5pF，F——±1pF。z色码表示法：和电阻的表示方法相同，单位一般为pF。沿电容引线方向，用不同的颜色表示不同的数字，第一，二色环表示电容量，第三种颜色表示有效数字后零的个数（单位为pF）。颜色意义：黑=0、棕=1、红=2、橙=3、黄=4、绿=5、蓝=6、紫=7、灰=8、白=9。小型电解电容器的耐压也有用色标法的，位置靠近正极引出线的根部，所表示的意义如下表所示：颜色黑棕红橙黄绿蓝紫灰耐压4V6.3V10V16V25V32V40V50V63V电容的识别：看它上面的标称，一般有标出容量和正负极，也有用引脚长短来区别正负极长脚为正，短脚为负。图5，电容的标志示例7.电容的耐压单位：V（伏特）电容长期可靠地工作，它能承受的昀大直流电压，就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。普通无极性电容的标称耐压值有：63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等，有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低，一般的标称耐压值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。如果在交流电路中，要注意所加的交流电压昀大值不能超过电容的直流工作电压值。5/8凯奇数控设备成套有限公司6/88.电容的绝缘电阻由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在1000兆欧（106）以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电电阻。漏电电阻越小，漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。因此，漏电电阻越大越好。9.电容的质量判断及电解电容极性的判别方法（实际演示）z用万用表检测漏电情况以判断电容的质量视电解电容器容量大小，通常选用万用表的R×10、R×100、R×1K挡进行测试判断。红、黑表笔分别接电容器的负极（每次测试前，需将电容器放电），由表针的偏摆来判断电容器质量。若表针迅速向右摆起，然后慢慢向左退回原位，一般来说电容器是好的。如果表针摆起后不再回转，说明电容器已经击穿。如果表针摆起后逐渐退回到某一位置停位，则说明电容器已经漏电。如果表针摆不起来，说明电容器电解质已经干涸退失去容量。有些漏电的电容器，用上述方法不易准确判断出好坏。当电容器的耐压值大于万用表内电池电压值时，根据电解电容器正向充电时漏电电流小，反向充电时漏电电流大的特点，可采用R×10K挡，对电容器进行反向充电，观察表针停留处是否稳定（即反向漏电电流是否恒定），由此判断电容器质量，准确度较高。黑表笔接电容器的负极，红表笔接电容器的正极，表针迅速摆起，然后逐渐退至某处停留不动，则说明电容器是好的，凡是表针在某一位置停留不稳或停留后又逐渐慢慢向右移动的电容器已经漏电，不能继续使用了。表针一般停留并稳定在50－200K刻度范围内。z不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。我们知道只有电解电容的正极接电源正（电阻挡时的黑表笔），负端接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大）。反之，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。测量时，先假定某极为“+”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一电极与万用表的红表笔相接，记下表针停止的刻度（表针靠左阻值大），然后将电容器放电（既两根引线碰一下），两只表笔对调，重新进行测量。两次测量中，表针昀后停留的位置靠左（阻值大）的那次，黑表笔接的就是电解电容的正极。测量时昀好选用R*100或R*1K挡。凯奇数控设备成套有限公司第五讲-（2）电容的作用电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用，因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐研究电容在电路中的作用时，经常用到的三个概念：z电容回路的充/放电时间常数；τ=Rt*C此处的Rt意指相应回路的等效电阻。充电到某一个电压Vt所需要的充电时间为t=Rt*C*ln[(V1-V0)/(V1-Vt)];即t=τ*ln[(V1-V0)/(V1-Vt)];而充电到某一个时刻t的电压值VtVt=(V1-V0)*{1-e-t/(R*C)）}一般采用经验公式，即在一个RC时间内电容两端电压变化是电容的电压初始值与电路的供电电压差值的63%。惯例认为5个RC时间后，电容两端电压充满，实际达到99%。z电容对不同频率的电压信号呈现不同的阻抗；Zc=1/2*π*f*Cz电容的串并联串联：Ct=212*1CCCC+并联：Ct=C1+C2应用举例分析1.电容在整流滤波回路里的作用--（滤波）减小交流信号的纹波1）单相半波整流：图6，在单相整流回路中电容的滤波作用由此可以看出：设输入电压频率为f1=f2=50Hz，输入电压为v2=24VAC，负载电流为1.2A负载等效电阻约为RL=20欧姆（）滤波电容C=1000uF整流二极管D采用锗管，死区电压为0.1V其正向等效阻为Rd=Vd/i，电容充电时，可以认为Rd远小于1，接近于零；则有：充电时间常数1τ=Rd*C约为0放电时间常数2τ=RL*C约为20ms‹整流回路中电容容值越大时，放电时间越长，滤波作用越好。7/8凯奇数控设备成套有限公司‹若负载电流越大，则等效负载电阻越小，放电时间越小，滤波效果越差。所以负载越重，要取得同样的滤波效果需要增大滤波电容容值。‹对于输入的50Hz交流电压信号，若未经过整流施加在电容C两端，则C呈现的交流阻抗为Zc=1/2*π*f*C=3.18欧姆2）三相桥式全波整流回路总电容：Ct=2200uFRB大功率波绕电阻NWVPUIGBTIGBT三相全控逆变桥能量回馈制动电阻VncRB17W51KRB27W51KCW1aCW1bCW