電力電容器基礎(chǔ)知識及常見運(yùn)行問題①
電力電容器基礎(chǔ)知識及常見運(yùn)行問題
1. 基本概念
1.1 電容器(Capacitor)
電容器由兩塊平行極板(鋁箔) 和極板間的絕緣材料所組成:
作用:存儲和釋放電荷的器件(充電和放電)
電工符號: C
電路符號:
電容量的基本單位: 法拉(F)
常用單位:
微法(μF)
納法(nF)
皮法( PF)
1F =10 6 μF =10 9 nF =10 12 PF
1 μF =1000 nF
1 nF =1000 PF
1.2 電容器的電容
電容量由下式?jīng)Q定:
(1) 平板式:
式中: A—極板面積, m 2
d—極板間距, m
εr —極板間介質(zhì)的相對介電系數(shù)
(2) 卷繞式采用卷繞式時,電容值近似等于該電容展開成平面時的一倍。 即:
1.3 常用電介質(zhì)的分類
1.3.1 氣體電介質(zhì)
(1) 氣體電介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr非常接近 1;
(2) 電力電容器常用的氣體電介質(zhì)是六氟化硫(SF6)、氮?dú)?、空氣等?/p>
SF6的特點(diǎn):
擊穿強(qiáng)度:是空氣的2~3倍。在0.3MPa下與常溫下的絕緣油相當(dāng);
滅弧能力:約為空氣的100倍;
tanδ:在0.1MPa時<5×10ˉ6
1.3.2 固體電介質(zhì)
電力電容器中常用的固體電介質(zhì)有如下幾種:
(1) 電容器紙
優(yōu)點(diǎn): 浸漬性好,成本低,效益高,可實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
缺點(diǎn): 線膨脹系數(shù)大,易變形,電容量穩(wěn)定性差,容易老化,耐熱性低(< 80℃),機(jī)械強(qiáng)度低。
(2) 塑料薄膜
優(yōu)點(diǎn): 耐電強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度高,體積電阻系數(shù)高,穩(wěn)定性好。
缺點(diǎn): 難以浸漬,通過采取特殊的工藝,也可提高浸
漬效果;或者做成干式電容器。常用的塑料薄膜有:聚丙烯薄膜(簡稱PP膜)、聚脂薄膜等。
1.3.3 液體電介質(zhì)
(1)天然液體電介質(zhì)
變壓器油、電容器油、電纜油、蓖麻油等礦物油和植物油。
(2)合成化合物
有異丙基聯(lián)苯(IPB)、二芳基乙烷(PXE)、愛迪索油、二異丙基萘(KIS-400)、CPE等等,種類較多。
電擊穿強(qiáng)度: ≥ 45 kV/ 2.5mm
表1.1 常用介質(zhì)的相對介電系數(shù)
1.3.4 氧化膜電介質(zhì)
以金屬(常見的是鋁或鉭)的氧化膜作為電介質(zhì),以電解質(zhì)作為另一電極。即所謂的電解電容器,這類電容器單個電容量可做到上萬微法。電解電容器的特點(diǎn)是電極是有極性的,應(yīng)用中正、負(fù)極不能接反。
近年來有一種名為雙電層電解電容器(又稱為法拉電容器或超級電容器)的新型元件逐漸受到關(guān)注。它的等效電容量足以達(dá)到法拉級(甚至可以達(dá)到數(shù)萬法拉)。 此類電容器完全可以作為電池使用,理論上可以經(jīng)受無限次充放電循環(huán),而且充電速度和能量轉(zhuǎn)化率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通化學(xué)電池,但單個超級電容耐壓能力很弱,一般不會超過20V。通過串、并聯(lián)組合可以提高工作電壓,用于電能儲存。
1.4 交流電路中電容器的特性
1.4.1 電壓與電流的關(guān)系
在交流電路中,電容器的電流在相位上超前于電壓90度,這個特性正好與電抗器相反。
1.4.2 頻率與阻抗的關(guān)系
電容器的阻抗與電源的頻率成反比的關(guān)系,即:
這一特性也正好與電抗器相反, 因?yàn)殡娍蛊鞯淖杩古c電源頻率成正比的關(guān)系:
1.4.3 電容器和電抗器串聯(lián)
當(dāng)電容器和電抗器串聯(lián)時,回路中只有一個電流,此時電容器上的電壓和電抗器上的電壓方向相反,它們的合成電壓是相減的關(guān)系。
當(dāng)電容電壓和電感電壓大小相等時(即容抗等于感抗時),就稱為串聯(lián)諧振狀態(tài),此時電路中合成電抗電壓為零,只剩下阻性電壓。串聯(lián)諧振回路中的電壓、電流關(guān)系為:
1.4.4 電容器和電抗器并聯(lián)
電容器和電抗器并聯(lián)時,電路中只有一個電壓,此時電容器上的電流與電抗器上的電流方向相反,它們的合成電流是相減的關(guān)系。當(dāng)容性電流等于感性電流時, 稱為并聯(lián)諧振狀態(tài),此時電路中的合成電流只剩下阻性電流。
并聯(lián)諧振電路中電壓和電流的關(guān)系為:
1.4.5 電路諧振的條件
電路諧振的條件是容抗與感抗相等,即XL=XC或:ωL=1/ωC,整理后可得諧振條件為:
從上式可知,通過調(diào)整電感L或電容C或調(diào)整頻率f,都可以使試驗(yàn)回路達(dá)到諧振的狀態(tài)。在諧振狀態(tài)電路呈現(xiàn)純電阻特性,電流的大小僅與電壓和電阻有關(guān),相位差總是為零,即cosφ=1。
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