首先申明一點:電感是可以充電的,但它不能像電容那樣長期儲存電能。
它會在電流沒有變化時把電能釋放出去,一旦電流穩(wěn)定了,其電能就沒有了。
電感的充放電方向由外界方向方向決定。電總與電流變化方向相反。但它并不能阻止電流的變化。當(dāng)外電流是正向增加,其充電方向就為正,外電流負向增加,其充電方向就為負。當(dāng)外電流是正向減小,其放電方向就為正。處電流負向減小,其放電方向就為負。故其方向由完全由外界電流方向決定。
如果是直流電,電流方向不變,則電感充放電方向均為電流方向。如果是交流電,電感充放電方向就為交流瞬時方向,但該瞬間是放電還是充電,就得看正弦交流電的切線方向了。
電容電感充放電
L、C元件稱為“慣性元件”,即電感中的電流、電容器兩端的電壓,都有一定的“電慣性”,不能突然變化。充放電時間,不光與L、C的容量有關(guān),還與充/放電電路中的電阻R有關(guān)?!?UF電容它的充放電時間是多長?”,不講電阻,就不能回答。
RC電路的時間常數(shù):τ =RC
充電時,Uc=U×[1-e^(-t/τ )] U是電源電壓
放電時,Uc=Uo×e^(-t/τ ) Uo是放電前電容上電壓
RL電路的時間常數(shù):τ =L/R
LC電路接直流,i=Io[1-e^(-t/τ )] Io是最終穩(wěn)定電流
LC電路的短路,i=Io×e^(-t/τ )] Io是短路前L中電流
以電容的充放電為例
假設(shè)有電源Vu通過電阻R給電容C充電,V0為電容上的初始電壓值,Vu為電容充滿電后的電壓值,Vt為任意時刻t時電容上的電壓值,那么便可以得到如下的計算公式:
Vt = V0 + (Vu – V0) * [1 – e^( -t/RC)]
如果電容上的初始電壓為0,則公式可以簡化為:
Vt = Vu * [1 – e^( -t/RC)]
由上述公式可知,因為指數(shù)值只可能無限接近于0,但永遠不會等于0,所以電容電量要完全充滿,需要無窮大的時間。
當(dāng)t = RC時,Vt = 0.63Vu;
當(dāng)t = 2RC時,Vt = 0.86Vu;
當(dāng)t = 3RC時,Vt = 0.95Vu;
當(dāng)t = 4RC時,Vt = 0.98Vu;
當(dāng)t = 5RC時,Vt = 0.99Vu;
可見,經(jīng)過3~5個RC后,充電過程基本結(jié)束。
當(dāng)電容充滿電后,將電源Vu短路,電容C會通過R放電,則任意時刻t,電容上的電壓為:
Vt = Vu * e^( -t/RC)
對于簡單的串聯(lián)電路,時間常數(shù)就等于電阻R和電容C的乘積,但是,在實際電路中,時間常數(shù)RC并不那么容易算,例如下圖(a)。
對于上圖(a),如果從充電的角度去計算時間常數(shù)會比較難,我們不妨換個角度來思考,我們知道,時間常數(shù)只與電阻和電容有關(guān),而與電源無關(guān),對于簡單的由一個電阻R和一個電容C串聯(lián)的電路來說,其充電和放電的時間參數(shù)是一樣的,都是RC,所以,我們可以把上圖中的電源短路,使電容C1放電,如上圖(b)所示,很容易得到其時間常數(shù):
t= RC = (R1//R2)*C
使用同樣的方法,可以將下圖(a)電路等效成(b)的放電電路形式,得到電路的時間常數(shù):
t= RC = R1*(C1+C2)
用同樣的方法,可以將下圖(a)電路等效成(b)的放電電路形式,得到電路的時間常數(shù):
t= RC = ((R1//R3//R4)+R2)*C1
對于電路時間常數(shù)RC的計算,可以歸納為以下幾點:
1)。如果RC電路中的電源是電壓源形式,先把電源“短路”而保留其串聯(lián)內(nèi)阻;
2)。把去掉電源后的電路簡化成一個等效電阻R和等效電容C串聯(lián)的RC放電回路,等效電阻R和等效電容C的乘積就是電路的時間常數(shù);
3)。如果電路使用的是電流源形式,應(yīng)把電流源開路而保留它的并聯(lián)內(nèi)阻,再按簡化電路的方法求出時間常數(shù);
4)。計算時間常數(shù)應(yīng)注意各個參數(shù)的單位,當(dāng)電阻的單位是“歐姆”,電容的單位是“法拉”時,乘得的時間常數(shù)單位才是“秒”。
對于在高頻工作下的RC電路,由于寄生參數(shù)的影響,很難根據(jù)電路中各元器件的標(biāo)稱值來計算出時間常數(shù)RC,這時,我們可以根據(jù)電容的充放電特性來通過曲線方法計算,前面已經(jīng)介紹過了,電容充電時,經(jīng)過一個時間常數(shù)RC時,電容上的電壓等于充電電源電壓的0.63倍,放電時,經(jīng)過一個時間常數(shù)RC時,電容上的電壓下降到電源電壓的0.37倍。
如上圖所示,如通過實驗的方法繪出電容的充放電曲線,在起點處做一條充放電切線,則切線與橫軸的交點就是時間常數(shù)RC。