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电力电容器基础知识及常见运行问题①

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-12-15 11:14:00【

电力电容器基础知识及常见运行问题

1. 基本概念

1.1 电容器(Capacitor)

电容器由两块平行极板(铝箔) 和极板间的绝缘材料所组成:

作用:存储和释放电荷的器件(充电和放电)

电容器结构

电工符号: C

电路符号:电路符号

电容量的基本单位: 法拉(F)

常用单位:

微法(μF)

纳法(nF)

皮法( PF)

1F =10 6 μF =10 9 nF =10 12 PF

1 μF =1000 nF

1 nF =1000 PF

1.2 电容器的电容

电容量由下式决定:

(1) 平板式:电容公式

式中: A—极板面积, m 2

    d—极板间距, m

    εr —极板间介质的相对介电系数

(2) 卷绕式采用卷绕式时,电容值近似等于该电容展开成平面时的一倍。 即:电容公式

 

卷绕式电容元件

 

1.3 常用电介质的分类

1.3.1 气体电介质

(1) 气体电介质的相对介电常数εr非常接近 1龙八国际网站手机版;

(2) 电力电容器常用的气体电介质是六氟化硫(SF6)、氮气、空气等;

SF6的特点:

击穿强度:是空气的2~3倍。在0.3MPa下与常温下的绝缘油相当;

灭弧能力:约为空气的100倍;

tanδ:在0.1MPa时<5×10ˉ6

1.3.2 固体电介质

电力电容器中常用的固体电介质有如下几种:

(1) 电容器纸

优点: 浸渍性好,成本低,效益高龙八国际网站手机版,可实现自动化生产龙八国际网站手机版。

缺点: 线膨胀系数大,易变形,电容量稳定性差龙八国际网站手机版,容易老化,耐热性低(< 80℃),机械强度低。

(2) 塑料薄膜

优点: 耐电强度和机械强度高,体积电阻系数高,稳定性好。

缺点: 难以浸渍,通过采取特殊的工艺,也可提高浸

渍效果;或者做成干式电容器。常用的塑料薄膜有:聚丙烯薄膜(简称PP膜)、聚脂薄膜等。

 

1.3.3 液体电介质

1)天然液体电介质

变压器油、电容器油龙八国际网站手机版、电缆油、蓖麻油等矿物油和植物油。

(2)合成化合物

有异丙基联苯(IPB)、二芳基乙烷(PXE)龙八国际网站手机版、爱迪索油、二异丙基萘(KIS-400)、CPE等等,种类较多。

电击穿强度: ≥ 45 kV/ 2.5mm

表1.1 常用介质的相对介电系数

表1.1 常用介质的相对介电系数

1.3.4 氧化膜电介质

  以金属(常见的是铝或钽)的氧化膜作为电介质龙八国际网站手机版,以电解质作为另一电极。即所谓的电解电容器龙八国际网站手机版,这类电容器单个电容量可做到上万微法。电解电容器的特点是电极是有极性的龙八国际网站手机版,应用中正、负极不能接反龙八国际网站手机版。

 

  近年来有一种名为双电层电解电容器(又称为法拉电容器或超级电容器)的新型元件逐渐受到关注。它的等效电容量足以达到法拉级(甚至可以达到数万法拉)。 此类电容器完全可以作为电池使用龙八国际网站手机版,理论上可以经受无限次充放电循环,而且充电速度和能量转化率也远远高于普通化学电池龙八国际网站手机版,但单个超级电容耐压能力很弱龙八国际网站手机版,一般不会超过20V。通过串、并联组合可以提高工作电压,用于电能储存龙八国际网站手机版。

1.4 交流电路中电容器的特性

1.4.1 电压与电流的关系

在交流电路中龙八国际网站手机版,电容器的电流在相位上超前于电压90度,这个特性正好与电抗器相反龙八国际网站手机版。

图1.3 电容器和电抗器上的电压和电流相位

1.4.2 频率与阻抗的关系

电容器的阻抗与电源的频率成反比的关系,即:

电容器的阻抗与电源的频率成反比的关系

这一特性也正好与电抗器相反, 因为电抗器的阻抗与电源频率成正比的关系:

电抗器的阻 抗与电源频率成正比的关系

1.4.3 电容器和电抗器串联

当电容器和电抗器串联时,回路中只有一个电流,此时电容器上的电压和电抗器上的电压方向相反,它们的合成电压是相减的关系。

图1.4 L、 C串联电路

  当电容电压和电感电压大小相等时(即容抗等于感抗时),就称为串联谐振状态,此时电路中合成电抗电压为零,只剩下阻性电压。串联谐振回路中的电压龙八国际网站手机版、电流关系为:

电流关系

1.4.4 电容器和电抗器并联

  电容器和电抗器并联时龙八国际网站手机版龙八国际网站手机版,电路中只有一个电压龙八国际网站手机版,此时电容器上的电流与电抗器上的电流方向相反,它们的合成电流是相减的关系。当容性电流等于感性电流时, 称为并联谐振状态,此时电路中的合成电流只剩下阻性电流。

L、 C并联电路

并联谐振电路中电压和电流的关系为:

并联谐振电路中电压和电流的关系

1.4.5 电路谐振的条件

电路谐振的条件是容抗与感抗相等,即XL=XC或:ωL=1/ωC,整理后可得谐振条件为:

谐振条件

  从上式可知龙八国际网站手机版,通过调整电感L或电容C或调整频率f龙八国际网站手机版,都可以使试验回路达到谐振的状态。在谐振状态电路呈现纯电阻特性,电流的大小仅与电压和电阻有关,相位差总是为零龙八国际网站手机版,即cosφ=1。

 

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