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电容器的放电时间和什么有关?

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发表于 2020-2-21 21:10:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
电容器接入直流电源瞬间,电容器被充电,吸收电源能量储存在所建立的电场内。电容从储能为零到储有一定能量,这是能量状态的改变,它和自然界中其他能量状态的改变一样,都需要一定的时间。例如行驶中汽车的制动,需要一定的时间才能静止。这是因为没有功率为无限大的制动力矩。说明电容器储能状态的是它两端的电压uc,因此,我们说电容两端的电压不能发生突变。这就是说对一个未经充电的电容(uc=0),在它接入直流电路的前后一瞬间,uc是应该相等的,即uc(0_) =uc(0+)。也就是说,在电容接入电路的瞬间,相当于用导线将电容两极予以短接。这个概念在电子电路内经常遇到。见下图所示
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●上图是说明电容器充、放电的实验电路。当开关S合向位置1瞬间,直流电压U通过充电回路电阻R,向电容C充电,充电开始瞬间,因电容上电荷为零,故此瞬间充电电流为最大, i1=U/R1,随后,C两极上电荷的逐渐积累,uc也随之升高,充电电流道之减小;到uc=U时, i1=0,充电结束。完成这一过程时间的长短,与电容C充电回路电阻R1的大小有关。把R1与C的乘积,为该电路的充电时间常数τ1,即τ1=R1C,它的单位为欧·法秒(s)。理论上讲t=∞时uc=U;当充电时间经过(3~5)τ时,uc已经达到U的95%~99.3%,实际上已认为充电结束。见下图所示。
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●在充电过程中,电容两端电压uc和充电电流i1随时间变化如上图所示。它可以用公式表达为
uc=U(1-e∧-t/R1C)。式中e为自然对数的底,e=2.718。
充电时间常数越大,则uc上升越慢,见下图所示。
2.jpg
●电容器充电过程是十分短暂的,例如R=100kΩ,C为0.01uf,则τ=RC=100×103×0.01×10∧-6=0.001s=1ms。也就是说经过3~5ms充电已基本结束,充电电流为零。所以电容器在直流电路内,当电路进入稳定状态以后,电容器相当于把电路断开。电容器在充电过程中从电源吸收电能储存在电容内,不难证明所储能量为: Wc=1/2CU2
在上图所示电路中,将开关由位置Ⅰ迅速合向Ⅱ,对已充电完毕的电容进行放电。在电路接通瞬间,放电电流最大为-i2=U/R2。在同一个电路内,因为i2的方向与充电电流相反,故为负值。放电时随着电容两端极板上的电荷的不断减少,uc也逐步降低。最后放电完毕,电容两端电压uc和放电电电流i2都为零。见下图所示。
1.jpg
●放电过程的快慢,同样由放电回路的时间常数τ2决定。τ2=R2C, R2为放电回路的电阻,与充电时情况相同,经过(3~5)τ2后,可以认为放电结束,uc≈0。放电时uc与i2的变化曲线见上图所示。其表达式为:uc=Ue∧-t/R2C。
电容放电时随着uc的不断下降,其电场不断地减弱,把充电时吸收的电源能量逐步释放出来,转变为消耗在电阻R2上的热能量。可以证明电容放出的电能为
Wr=1/2CU2
由此可见,电容器在放电过程中所释放的能量,等于它在充电过程中储存在电场中的全部能量。在实际工作中,对已充电的大容量电容器,从电源上断开以后,如通过空气介质任其自然放电,其时间常数将非常之大。例如C=100uf,介质的放电电阻R=50MΩ,则τ= 100 × 10∧6x50 x10∧6=5000s,需一个多小时才能将电放完。如果在放电过程中人触及该电容器时,会造成触电事故。为此,当大电容从电源上断开后,必须人为地用带有绝缘的导线对电容器进行放电,以保安全。

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发表于 2020-3-9 08:39:30 | 显示全部楼层
你好,想问的是,交流呢?电容器不是还有通交阻直的作用吗?

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GMT+8, 2020-10-21 07:35

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