西門子PLC模塊CPU224CN

時間：2023-06-09作者：潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司瀏覽：19

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談及電容器，我想對于廣大電工朋友們而言都不陌生，因為它的身影隨處可見，如電力系統(tǒng)中的無功補償電容、單相電動機(jī)中的分相電容、整流電路中的濾波電容以及電子電路中的耦合電容等。既然電容器這么常見，那么它具體的作用原理又是什么呢?為什么電容電壓不能突變?







電容器的種類規(guī)格繁多，但它們在構(gòu)成原理上，都是由間隔以不同絕緣介質(zhì)(如云母、絕緣紙、空氣等)的兩塊金屬板組成，就像夾心餅干一樣，如圖1-1所示。當(dāng)電容器接有電壓時，兩金屬板(較板)由于電壓的存在就會分別聚集等量正、負(fù)電荷。與此同時，電壓的存在必會建立電場，所以電容器的兩較板會在介質(zhì)中建立電場而具有電場能量。




圖1-1 電容器結(jié)構(gòu)原理圖

所謂接有電壓，是指兩較板間存在電位差，即兩較板的電位不相等。類似于兩個異性電荷之間存在電壓和電場，兩較板相當(dāng)于兩群異性電荷，顯然它們之間也存在電壓與電場，如下圖1-2所示。




圖1-2

根據(jù)上文，給電容器施加電壓，兩較板上就會聚集等量異性電荷。這句話有兩個關(guān)鍵點：一個是聚集，另一個是等量異性。

1、聚集：所謂聚集，簡單來說，就是電荷扎堆，這就好比上課鈴響時一大堆學(xué)生涌進(jìn)教室并坐好，電荷聚集是指在外加電壓(即外加電場)的作用下，這些電荷受到電場力的作用往一個方向跑，最后跑到電容器的較板上并坐好(因為是絕緣介質(zhì)，無路可走了)。

2、等量異性：所謂等量異性，是指兩較板上的電荷量相等，且一正一負(fù)。而實際上，移動的其實只有自由電子(負(fù)電荷)，由于大量自由電子都往一個方向跑，所以留下很多的正離子，這些正離子聚集在一起就是所謂的正電荷量。基于電荷守恒，跑了多少負(fù)電荷，就會留下多少正電荷，所以它們是等量的。

綜上，電容器兩較板間要建立電場，產(chǎn)生電壓，實質(zhì)上是靠電荷的定向移動實現(xiàn)的。而電荷的定向移動會產(chǎn)生電流，換言之，電容的電壓變化會產(chǎn)生電流!這也是電容隔直通交的原因，因為當(dāng)輸入電壓不變時，較板上的電荷量就不變，也就沒有電荷的移動，即電流為零;而當(dāng)輸入電壓交變時，由于電壓一直在變化，所以較板上的電荷量也隨之一直變化，表明一直有電荷在較板上來來往往，即存在電流。

顯然，電容電壓是可以變化的，但為什么不能突變呢?在解答這個問題之前，我們有必要了解一下兩點。

1、所謂突變(又稱躍變)，是指變量的數(shù)值變化不需要過程，能直接變化，如下圖1-3的(1)所示的電壓曲線。此時，電壓曲線在數(shù)值變化處的斜率(即變化率)為無窮。反正，不能突變是指變量的數(shù)值變化需要過程(即需要時間)，其變化率可求。




圖1-3

2、電場存在能量，而能量不能突變。把一個電荷置于某個電場中，這電荷就會受到電場力的作用發(fā)生移動，此時電場能轉(zhuǎn)化為動能，即電場對電荷做功，這表明，電場是存在能量的，就好比人在高處會往下掉，重力場對人做功，將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。能量不能突變，能量的變化是靠做功來實現(xiàn)的，做功需要時間，其速度就是功率。簡單來說，能量的變化是一個過程，即使這個過程再短。

知道了以上兩點，那么，電容電壓為什么不能突變的原因也就找到了。用通俗的語言來講，那就是因為電容電壓和能量是由直接關(guān)系的，由于能量不能突變，所以電壓也就不能突變。電壓的存在就等同于電場的存在，而電場存在能量，且電壓越大，電場越強，能量就越大，若電壓為零，電容的能量也就為零。

另外，也正是因為電容的這種電壓與電場能量的關(guān)系，所以它是一種儲能元件，當(dāng)電壓不變時，它所具有的能量就能一直保存在較板間，不會消失。而所謂的電容充放電過程，其實就是電容電壓變化，從而改變電場能量的過程。

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