电力电子技术第2章 器件.ppt

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1、§2.1电容器§2.2磁学基本概念§2.3磁性材料的基本特性§2.4铁芯材料及形状§2.5线圈骨架及铁芯窗口§2.6电感§2.7变压器第2章器件返回§2.1电容器1、电容的基本概念电容是表征两个导体间的电介质在单位电压作用下，储藏电场电量（电荷）能力的参量，用符号C表示。电容的单位是法拉。电容在电路中除了能储存电场能量外，在直流电路中，起隔离直流的作用。在交流电路中，容抗随电源的频率升高而减小，同时电容上的电压不能突变。单位有法拉(F)、毫法(mF)、微法(uF)、纳法（nF）、皮法（pF）。电容器是电力电子变换器中的重要器件，虽然它的大小形状不一，种类繁

2、多，但是就其构造来说多数都是由两块彼此靠近的金属薄片（或金属膜）构成电极，中间隔一电介质。电容的大小不仅与两导体极板的形状有关，还与极板间的电介质有关。平板电容器如图2-1所示，设极板面积为s，极板之间距离为d，极板之间充满相对介电常数为的电介质，如果极板所带电荷为q，则电场强度大小电容器的电荷与电容器两端的电压之比称之为电容图2-1平板电容器实际的电容器是有损耗的，下图示出了实际电容器的两种等效电路，为电介质漏电阻(dielectricleakageresistance)，为等效串联电阻（equivalentseriesresistance:ESR）。（

3、a）串联等效电路（b）并联等效电路图2-2电容器的两种等效电路（b）串联等效电路电压、电流矢量图图2-3（a）串联等效电路(b)电压、电流矢量图等效的串联电阻在电容器中必定要损耗一部分功率，定义在规定频率的正弦电压下，电容器所损耗的有功功率与无功功率的比值称为损耗角正切，对于串联等效电路为损耗角，对于电容来说，要求愈小愈好，也就是损耗正切越小越好。图2-3为电容器串联等效电路和电压、电流矢量图，其中为损耗角。电容器的额定工作电压称为耐压，指在规定的工作温度范围内电容器能够长时间可靠地工作的最大直流电压（或最大交流电压的有效值）。电容损坏主要有：电击穿，加在

4、电介质上的电压使电介质微观结构遭到破坏导致出现很大的传导电流而使两极短路；热击穿，电介质在长期工作时产生的热量大于散出的热量，使介质热崩溃，通常发生在高频、高压下；老化击穿，电介质在电场长期作用以及外界因素的促使下，电介质老化，电性能明显下降的现象。电容器的漏电流，是指对电容器施加直流电压，充电电流随时间增加而降到某恒定的数值，这个电流称为电容器的漏电流，表征电容器的绝缘质量。2、电容器的分类按用途分类可分为：直流电容器。用于直流电压下工作，如有极性的电解电容，大多数固定电容；交流电容器。用于给定频率范围内的电路；脉冲电容器。用于脉冲工作条件下间歇充放电。

5、按电容器的介质不同分类可分为：固体有机介质电容器。用有机薄膜为介质材料制成的电容器，这种电容器多是卷绕式结构，其电极有金属箔电极和金属化电极两种。固体无机介质电容器。用固体无机介质制成的电容器，如云母电容器、陶瓷电容器、玻璃釉电容器等。电解电容。气体介质电容器。电解电容。电解电容的工作介质是在一些金属（铝、钽、铌、钛、钽-铌合金型）表面上形成一层极薄的金属氧化膜，此层氧化膜介质完全与组成电容器的电极（阳极，正极）是不可分离的整体，不能单独存在。电容器的阴极并非金属，而是所谓“电解质”（注意不是电介质），它可以是液体，也可以是糊状、凝胶或者是固体，电解质是电

6、解电容器中最重要的材料之一，它起到电解电容器阴极的功能，它使电容器在工作过程中具有自愈能力，为了使阴极与外界电路连接，又以另一金属与电解质相接触，这就是电容器接入电路时的负极，当电解电容器在工作和储存过程中，由于某些原因阳极氧化膜局部受到损坏，使电容器的漏电流增大，此时在外加电压的作用下，非固体电解质放出氧，在氧化膜破坏处重新形成氧化膜，起到自行修补作用，而使电解电容器恢复其正常工作能力。按正极的金属材料和形状可分铝、钽、铌、钛、钽-铌合金型，以及箔式、烧结式等；电解电容器在电路中主要起滤波、旁路、耦合、隔直流、贮能等作用。需要指出的是，用于整流滤波的电解

7、电容在选用时，不仅仅要考虑电容的容量，还要考虑电容的充放电电流。电解电容的主要特点是单位体积内所具有的电容量特别大，工作电压越低这一特点越突出，特别适宜于小型化应用，用单位体积内所具有的电容量和工作电压乘积来表示。电解电容的另一特点是损耗正切较大，容易老化，性能可靠性逐年下降，特别是长期储存不用，突然加上额定电压，最容易导致电解电容失效甚至爆炸，钽电容不存在这个问题，长时间储存后可以随时使用。用于整流滤波的电解电容在选用时，不仅仅要考虑电容的容量，还要考虑电容的充放电电流。电解电容损耗正切较大，容易老化，性能可靠性逐年下降，特别是长期储存不用，突然加上额定

8、电压，最容易导致电解电容失效甚至爆炸，钽电容不存在这个问题，长时间