1. 在直流稳态电路中电容元件相当于
戴维南和电容、电感的知识相遇,在《电路分析》中有三个可能性:
1、直流稳态电路:电容相当于开路,电感相当于短路。直接这样处理就行了,剩余的电路根据戴维南定理求解。
2、直流暂态电路:一般来说,暂态电路就是计算电路的过渡过程,也就是由于电感、电容的存在,使得电路由初始态到稳态,需要一定时间。这时候,先将电路内的独立电源失效,一般从电容或电感断开处,求出电路的等效电阻R,进而求出电路的时间常数:τ=RC或者τ=L/R。
3、正弦交流电路:已知电容、电感的值,根据正弦电路的角频率ω,计算出电容的容抗Xc=1/(ωC),电感感抗XL=ωL。在电路中,电感用ZL=jωL、电容用Zc=-j/(ωC)为阻抗,相当于直流电路中的电阻,电流、电压采用相量形式表示,剩余的可以采用直流电路任何定理、定律和分析方法。戴维南定理的应用亦是如此。
2. 在直流稳态时电容元件相当于
RC电路一般会有充电和放电两个过程,当电容在充放电的过渡状态时,电容两端的电压会随着发生变化,这个阶段称为暂态;当电容最终充放电结束时,两端电压不再改变,电路进入稳定状态,就是稳态。稳态相当于开路,电容两端电压等于加在电路两端电压;暂态电路中有电流,电容处于充电或放电状态。
3. 在直流稳态中,电容元件上
电容元件储存电场能。
"电容元件"是"电路分析"学科中电路模型中除了电阻元件R,电感元件L以外的一个电路基本元件。在线性电路中,电容元件以电容量C表示。元件的"伏安关系"是线性电路分析中除了基尔霍夫定律以外的必要的约束条件。电容元件的伏安关系是 i=C(dv/dt),也就是说,电容元件中的电流,除了电容量C以外,与电阻元件R不同,它不是取决于电压v本身,而是取决于电压对时间的变化率(dv/dt).电压变化愈快,电容中的电流愈大,反之则愈小。据此,在"稳态"情况下,当电压为直流时,电容中电流为零;当电压为正弦波时,电容中电流也是正弦波,但在相位上要超前电压(π/2);当电压为周期性等腰三角形波时,电流为矩形波,如此等等。总的来说,电容中的电流波形比电压变化得更快,含有更多的高频成分。
集总参数电路中与电场有关的物理过程集中在电容元件中进行,电容元件是构成各种电容器的电路模型所必需的一种理想电路元件。
电容元件是一种表征电路元件储存电荷特性的理想元件,其原始模型为由两块金属极板中间用绝缘介质隔开的平板电容器。当在两极板上加上电压后,极板上分别积聚着等量的正负电荷,在两个极板之间产生电场。积聚的电荷愈多,所形成的电场就愈强,电容元件所储存的电场能也就愈大。
其特性曲线是通过坐标原点一条直线的电容元件称为线性电容元件,否则称为非线性电容元件。
线性时不变电容元件的符号与特性曲线如图(c)和(d)所示,它的特性曲线是一条通过原点不随时间变化的直线,其数学表达式为q=Cu。
式中的系数C为常量,与直线的斜率成正比,称为电容,单位是法[拉],用F表示。
4. 在直流稳态时电容元件上是否有电压和电流
一、特高压直流输电技术的优点
1.经济方面:
(1)线路造价低。对于架空输电线,交流用三根导线,而直流一般用两 根,采用大地或海水作回路时只要一根, 能节省大量的线路建设费用。 对于电缆, 由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度, 如通常的油浸纸电缆, 直流的允许工 作电压约为交流的 3 倍,直流电缆的投资少得多。
(2)年电能损失小。直流架空输电线只用两根,导线电阻损耗比交流输 电小;没有感抗和容抗的无功损耗; 没有集肤效应, 导线的截面利用充分。 另外, 直流架空线路的 “空间电荷效应 ”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。
所以,直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较交流经济。
2. 技术方面:
(1)不存在系统稳定问题,可实现电网的非同期互联。由此可见,在一 定输电电压下, 交流输电容许输送功率和距离受到网络结构和参数的限制, 还须 采取提高稳定性的措施, 增加了费用。 而用直流输电系统连接两个交流系统, 由 于直流线路没有电抗, 不存在上述稳定问题。 因此, 直流输电的输送容量和距离 不受同步运行稳定性的限制,还可连接两个不同频率的系统,实现非同期联网,提高系统的稳定性。
(2)限制短路电流。 如用交流输电线连接两个交流系统, 短路容量增大, 甚至需要更换断路器或增设限流装置。然而用直流输电线路连接两个交流系统, 直流系统的 “定电流控制 ',将快速把短路电流限制在额定功率附近,短路容量不 因互联而增大。
(3)调节快速,运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功 功率,实现 “潮流翻转 ”(功率流动方向的改变),在正常时能保证稳定输出,在 事故情况下, 可实现健全系统对故障系统的紧急支援, 也能实现振荡阻尼和次同 步振荡的抑制。 在交直流线路并列运行时, 如果交流线路发生短路, 可短暂增大 直流输送功率以减少发电机转子加速,提高系统的可靠性。
(4)没有电容充电电流。直流线路稳态时无电容电流,沿线电压分布平稳,无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象, 也不需要并联电抗补偿。
(5)节省线路走廊。按同电压500 kV考虑,一条直流输电线路的走廊〜40 m,一条交流线路走廊〜50 m,而前者输送容量约为后者2倍,即直流传输 效率约为交流 2 倍。
二、直流输电技术的不足:
(1)换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的最主要原因。在输送相 同容量时,直流线路单位长度的造价比交流低 ;而直流输电两端换流设备造价比 交流变电站贵很多。这就引起了所谓的 “等价距离 ”问题。
( 2)消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的 40%〜60%,需要无功补偿。
(3)产生谐波影响。 换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和谐波电流,使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定,对通信系统产生干扰。
( 4)就技术和设备而言,直流波形无过零点,灭弧困难。目前缺乏直流 开关而是通过闭锁换流器的控制脉冲信号实现开关功能。若多条直流线路汇集一个地区,一次故障也可能造成多个逆变站闭锁, 而且在多端供电方式中无法单独 地切断事故线路而需切断全部线路,从而会对系统造成重大冲击。
(5)从运行维护来说,直流线路积污速度快、污闪电压低,污秽问题较 交流线路更为严重。 与西方发达国家相比,目前我国大气环境相对较差, 这使直 流线路的清扫及防污闪更为困难。 设备故障及污秽严重等原因使直流线路的污闪 率明显高于交流线路。
(6)不能用变压器来改变电压等级。直流输电主要用于长距离大容量输 电、交流系统之间异步互联和海底电缆送电等。与直流输电比较,现有的交流500kV 输电(经济输送容量为1000 kW, 输送距离为 300~500 km )已不能满足 需要,只有提高电压等级,采用特高压输电方式,才能获得较高的经济效益。
5. 在直流稳态电路中电容元件相当于什么材料
电容的定义就是单位电压时上面存储的电量,法拉=库仑/伏特。因此,纯电容上的电流是 电容量乘电压对时间的微分,即:I=C×dU/dt。 由此可知:
①、电压恒定时,纯电容(电路中绝对无电阻和电感成份,实际上这种情况不存在)通电的瞬间因为dU/dt为∞,所以电流无限大,电压瞬间升至最大值,电荷量等于电压×电容,随后因为dU/dt=0,所以电流为0。
②、当有电阻时,RC>0,电容上的电压随通电时间按e的-t/RC次方的规律向稳态接近,电流的变化方向与电压的变化方向相反,由电容看作短路时的电流向0接近。
③、当电压为非稳定电压时,电量随电压变化,所以会交替的充电和放电,因而电流随电压大小而正负交替变化,具体要看电压的脉冲波形。但依然是电流是电压的微分关系,即电流的大小是电压的变化率大小。
④、当电源为正弦交流电时,因为正弦波的微分是超前90°的正弦波,所以电流为超前90°的正弦波。
6. 在稳定的直流电路中,动态元件电容的
电抗器是电感性负载,有串联和并联之分,串联主要用于限制短路电流,并联主要用于超高压远距离输电时,补偿线路的电容。
电容器是容性负载,主要用于补偿无功和储能,在直流电路中,电容器是相当于断路的。电容器是一种能够储藏电荷的元件,也是最常用的电子元件之一。