電容和電感是怎樣儲能的

2020-11-23 電子發燒友

電容和電感是怎樣儲能的

發表於 2019-04-30 15:15:25

電容、電感是如何儲能的？

這個問題是很多電子初學者都想知道的原理。其中，由於電感的儲能方式現在依舊存在很多的爭論，所以本文中的觀點純屬於個人對電感的理解。

在講解電感的儲能方式之前，先看看電容是如何儲能的。在項目二的視頻中可以了解到，電容儲存的能量時電壓，而在能量的角度上，我們可以把電壓稱之為「電場」。故，電容是一個儲存電場的物質。

電場是什麼？

電場什麼？它是如何產生的？電場是「電荷」及「變化磁場」周圍空間裡存在的一種特殊物質。在電容儲存的電場，主要就是「正負兩極板之前的電荷所產生的電場」。

電容是如何儲存電場的？

當電容沒有儲存有電壓時，電容兩極板之間的電荷是處於一個平衡態；如圖1所示：

圖1

而當電容儲存有電壓時，其兩極板之間的電荷便不再是一個平衡態，如圖2所示。這說明，電容上存在電場是因為電容兩極板上的電荷不守恆導致的。

圖2

現在假設有一個容量無窮大的電容，其上面存在著＋5V的電壓，當將其與一個10uF的電容並聯時，10uF的電容上也會儲存有＋5V的電壓。如圖3所示：

圖3

從圖3可以知道，電容在儲存電場的過程，實際上是電源上的電荷破壞了電容上自身的電荷平衡導致的。而當電容的電荷平衡被破壞時，電容上即存在了電場，這時我們就稱電容上儲存有了電壓。

從以上內容可總結：電容儲存的是電場，而電場是因為電容上的電荷平衡被「電壓源」打破而導致的。這就是電容儲存電壓的基本原因。

而當電容在放電時，該過程其實就是正負兩極板之前進行了電子轉換，使兩極板之間再次達到電荷平衡的過程，這就是電容放電的基本原理。詳細的內容將在視頻中講解。

電感的儲能方式

這時，若將電感與電容進行類比，很多人可能會立刻想到：電感在沒有儲存有能量時，應該也是存在著某種物質的平衡。作者本人當時在想這個問題時產生了一個概念，即：「磁荷平衡」。

但是很遺憾，其實人類現在也還沒證明磁荷的存在。但是電感在平衡狀態時，確實是存在「某種磁場物質」平衡的。這個物質叫做「磁疇」。

對於磁疇的概念，在這裡不進行詳細的描述。但是其與電容的儲能方式是類似的。只不過「磁疇」是在磁場世界中的物質，其對應著電場中的電荷。

大家在沒有對「磁疇」進行深度了解時，可以簡單地把磁疇理解成「磁介質中存在的無數個隨機排布的小磁鐵」，這一堆小磁鐵在沒有磁場的環境中，會相互抵消各自的磁場並處於一個平衡態，使「磁介質」對外不表現磁性，如圖4所示：

圖4

由此可以知道，當沒有電感流過電流時，電感中的磁芯內部的「磁疇」也是處於平衡態的。這與「沒有存有電壓的電容，其兩極板之間的電荷處於平態衡」是一樣的。

圖5 平衡態的磁疇分布

而當電感上流過電流時，由於電流會存在磁場，當電流的磁場經過磁芯時，電流磁場會打破「磁疇」的平衡狀態，使「磁疇」同時趨向於外部磁場的方向。進而導致磁芯此時會對外表現出磁場。而這個磁芯磁場從無—＞有的過程，其實就是電感儲存磁場的過程。

圖6 存有磁場的磁疇分布

從圖6可以看到，電感的磁芯由於電流磁場的原因，而導致內部的磁疇分布失衡。當磁疇分布失衡時，磁芯就會對外表現出磁場。這時我們就稱電感存有能量了。其與「電容存有電壓時，兩極間的電荷不守恆」的情況類似。

而當外部的電源去掉時，電感上的磁疇就會恢復原來的平衡狀態。此時磁芯上的磁場就會慢慢變小，由於變化的磁場會產生電場，這個電場就是電感續流的原因。這個過程與電容放電的過程是類似的。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 電容和電感的工作原理
    一般情況下電容和電感都是要搭配使用的，電感具有升壓、儲能等功能，而電容是專業儲能，不可缺少。電容的結構是兩個導體之間有一層絕緣物質.電荷不能通過,兩邊的導體在電場作用下,積聚了異性電荷,在這個過程中外界看來好象電荷通過了電容.如果是直流電,充上電後就不會再有電流.這就是隔直流作用.如加交流電,由於電容的充放電作用,就會隨著電壓方向的不同,充電電荷也不斷變化,電流跟著變化,一充一放,好象電流通過電容似的.這就是耦合.
  • 電容與電感的對偶性小結
    根據對偶原理，當某些電路名詞和物理量的某一理論成立時，結合它們的各對偶元素間的對應理論也一定成立；如果推導出某一關係式或結論，和它對偶的關係式或結論也一定存在。在電路中， 電壓源與電流源、短路與開路、串聯與並聯、電阻與電導、電容與電感，都存在對偶關係。
  • 電阻、電感、電容的交流特性
    我們已經知道交流電有以下性質：1.大小和方向均做周期性變化，平均值為零；有三要素：幅值、角頻率、初相位；2.描述交流電的方式有瞬時值表示法、波形圖、有效值、矢量法；3.不同的交流電之間可能同相、反相、正交，或者相差某個角度；4.交流電通過電阻、電感、電容以及它們的組合電路，所表現出來的性質不同，主要反映在相位、阻抗、功率上；
  • 開關電源原理與設計(連載十)並聯開關電源儲能電感的計算
    並聯開關電源儲能電感的計算本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/228013.htm與前面計算反轉式串聯開關電源中儲能電感的數值方法基本相同，計算並聯式開關電源儲能電感也是從流過儲能電感的電流為臨界連續電流狀態著手進行分析。
  • 淺談電容電阻電感的選型標準
    電容是儲能器件，容值越大，瞬間可以提供更多的能量。負載瞬間電流越大，容值選擇越大，如果容值偏小，瞬間無法提供足夠大的電流，電壓將被下拉，產生紋波，影響其它電路。 另外，由於寄生參數的存在，存在頻率響應，電容不是越大越好，合適最佳。 比如集成電路內部主要是開關電路，頻率較高，一般選用0.1uF的； ②、容值確定後，選擇電容的類型。
  • 電阻、電感、電容的交流特性是什麼?
    >4.交流電通過電阻、電感、電容以及它們的組合電路，所表現出來的性質不同，主要反映在相位、阻抗、功率上；以上四點和直流電均不同，因此交流電在計算上有自己的公式、方法、性質。好了，回顧了上述問題之後就可以進行以下學習了；電阻、電感、電容的差別之處在以下6個方面，我們逐一進行講解，對比。
  • 電流,電壓,電阻,電容和電感
    電壓是形成電流的必要條件，在電壓的驅動下才能形成電流，但電壓不是決定電流大小的因素（在高中的物理課上都講過，我就不贅述了）；為了充分地理解電壓，我們來假設一個場景：假如此時你正站在一堵和你牆的旁邊，而你旁邊的牆上正好放著一塊大石頭，並且地上同時放著一塊石頭
  • 常用元器件的識別和使用(電阻、電容、電感)
    打開APP 常用元器件的識別和使用（電阻、電容、電感） 黃工的嵌入式技術 發表於 2020-02-03 14:59:04 這種電阻的誤差範圍一般為+1%，一般在0805封裝的貼片電阻上比較常見 電阻器件的選用原則： 阻值符合電路的要求 容許誤差在電路的設計範圍內 功率滿足電路的要求 體積符合使用的線路板的要求 3 電容 兩塊互相靠近但彼此絕緣的金屬片就可以構成一個電容，它是一種儲能的元件。
  • 從儲能、阻抗兩種不同視角解析電容去耦原理
    對於電容退耦，很多資料中都有涉及，但是闡述的角度不同。有些是從局部電荷存儲(即儲能)的角度來說明，有些是從電源分配系統的阻抗的角度來說明，還有些資料的說明更為混亂，一會提儲能，一會提阻抗，因此很多人在看資料的時候感到有些迷惑。其實，這兩種提法，本質上是相同的，只不過看待問題的視角不同而已。為了讓大家有個清楚的認識，本文分別介紹一下這兩種解釋。
  • 過孔的寄生電容和電感
    一、過孔的寄生電容和電感過孔本身存在著寄生的雜散電容，如果已知過孔在鋪地層上的阻焊區直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數為
  • 電感和電容串聯的作用
    打開APP 電感和電容串聯的作用 發表於 2019-10-11 10:49:43 　　電感與電容串聯的作用 　　兩個元件在電路中的基本作用：電感基本作用是「通直阻交」，就是直流電可以順利通過，但對交流信號就沒有那麼便當啦，交流信號的頻率越高，電感對它的阻止能力就越大;電容的基本作用是「隔直通交」，就是說直流電流是無法通過的，而交流信號可以通過，頻率越高，越容易通過。
  • 電感和電容的計算
    我們把這種電流與線圈的相互作用關係稱其為電的感抗，也就是電感。電容(或電容量， Capacitance)指的是在給定電位差下的電荷儲藏量。功率計算公式:P=1/2 * C * V2 * F電感功率計算公式:P=1/2 * L * I2 * F電容上攜帶的能量(焦耳)，是二分之一乘以電容量(法拉)再乘以電容電壓(伏特)的平方。
  • 電感和電容對交變電流的影響
    電感和電容對交變電流的影響一、電感對交變電流的阻礙作用：（用自感現象解釋 一圖中燈逐漸變亮，之後亮度不變）現象：在同電壓的情況下，接直流的亮些，接交流的暗些，表明電感對交變電流有阻礙作用。1、電感對直流電沒有阻礙作用，對交流電有阻礙作用。即：通直流、阻交流2、感抗XL（1）反映電感對交變電流阻礙作用的大小。（2）影響感抗大小的因素線圈的自感係數L交變電流的頻率f線圈的自感係數越大、交流頻率越高，電感對交流的阻礙作用就越大，線圈的感抗就越大.
  • 硬體設計:電容電感磁珠總結
    .在模擬地和數字地結合的地方用磁珠.磁珠有很高的電阻率和磁導率，他等效於電阻和電感串聯，但電阻值和電感值都隨頻率變化。他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時呈現阻性，所以能在相當寬的頻率範圍內保持較高的阻抗，從而提高調頻濾波效果。作為電源濾波，可以使用電感。磁珠的電路符號就是電感但是型號上可以看出使用的是磁珠在電路功能上，磁珠和電感是原理相同的，只是頻率特性不同罷了磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號轉化為熱能，電感把交流存儲起來，緩慢的釋放出去。
  • 談談EMC的電容電感器件選擇知識
    陶瓷電容這個東西很簡單，大家知道它的特性主要是哪一些來構成，我們設計的時候、選擇的時候要考慮它的哪些特性，我們知道容量，容量只是它的一個部分，還有ESR值，還有容量值和頻率的關係，還有ESL值，還有溫升曲線，你的溫度升高的話，你的容值變化怎麼樣，還有直流電壓特性，給一定的直流電壓，容值是不斷下降的。我們設計的時候也必須考慮到這一些參數、這一些特性。
  • 電容電感串聯後的電容值
    我們又知道，電感和電容中電流與兩端電壓不同相，電容兩端電壓落後於電流90度，而電感兩端電壓超前於電流90度。現在電感和電容中電流相位相同，所以電感兩端電壓與電容兩端電壓相位相反，也就是說，任何時刻電容和電感上的電壓是互相「抵消」的。　　感抗和容抗都與頻率有關。必定存在某一頻率，在這個頻率感抗與容抗相等。
  • 電容、電感、直流電機的數學微分模型
    對於控制系統的建模，除對控制器進行建模外，還需要對控制對象進行建模，包括機械元器件和電子元器件。今天，主要介紹一下控制系統中常用電子元器件的數學微分模型。1、電容器電容器是常見的電子器件，主要用於電子控制單元內部濾波、去耦、電源儲能等用途，一般電容在幾個皮法到幾個微法之間，用於存儲能量的超級電容可以達到幾個法拉。
  • 電工基礎:電阻電感電容串聯交流電路(33)
    在上一次的學習中，我們知道了電阻元件(本文的電阻元件均指線性電阻元件)、電感元件(本文的電感元件均指線性電感元件)與電容元件(本文的電容元件均指線性電容元件)在直流電路和交流電路中的區別，還知道了三種元件的單一參數交流電路特性。
  • ADI專家講電阻、電容、電感使用的23個要點
    伴隨著電容與電感的相繼加入，三種無源器件構成了硬體電路的基礎，影響著電路的方方面面。 隨著我們電路知識的加深，通常對這些基礎元件的關注度逐漸降低。但實際上，這些無源元件合理的應用與選擇不僅決定著硬體電路設計的穩定性，更決定著電子設備的質量優劣。
  • 臨界導電模式下PFC儲能電容電壓及電流分析
    摘要：針對工作於臨界導電模式下(CRM)的功率因數校正器(PFC)的輸出儲能電容有效值(RMS)電流及其電壓紋波，進行了詳細的數學推導。