西门子PLC模块CPU224CN

时间：2023-06-09作者：浔之漫智控技术（上海）有限公司浏览：18

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谈及电容器，我想对于广大电工朋友们而言都不陌生，因为它的身影随处可见，如电力系统中的无功补偿电容、单相电动机中的分相电容、整流电路中的滤波电容以及电子电路中的耦合电容等。既然电容器这么常见，那么它具体的作用原理又是什么呢?为什么电容电压不能突变?







电容器的种类规格繁多，但它们在构成原理上，都是由间隔以不同绝缘介质(如云母、绝缘纸、空气等)的两块金属板组成，就像夹心饼干一样，如图1-1所示。当电容器接有电压时，两金属板(较板)由于电压的存在就会分别聚集等量正、负电荷。与此同时，电压的存在必会建立电场，所以电容器的两较板会在介质中建立电场而具有电场能量。




图1-1 电容器结构原理图

所谓接有电压，是指两较板间存在电位差，即两较板的电位不相等。类似于两个异性电荷之间存在电压和电场，两较板相当于两群异性电荷，显然它们之间也存在电压与电场，如下图1-2所示。




图1-2

根据上文，给电容器施加电压，两较板上就会聚集等量异性电荷。这句话有两个关键点：一个是聚集，另一个是等量异性。

1、聚集：所谓聚集，简单来说，就是电荷扎堆，这就好比上课铃响时一大堆学生涌进教室并坐好，电荷聚集是指在外加电压(即外加电场)的作用下，这些电荷受到电场力的作用往一个方向跑，最后跑到电容器的较板上并坐好(因为是绝缘介质，无路可走了)。

2、等量异性：所谓等量异性，是指两较板上的电荷量相等，且一正一负。而实际上，移动的其实只有自由电子(负电荷)，由于大量自由电子都往一个方向跑，所以留下很多的正离子，这些正离子聚集在一起就是所谓的正电荷量。基于电荷守恒，跑了多少负电荷，就会留下多少正电荷，所以它们是等量的。

综上，电容器两较板间要建立电场，产生电压，实质上是靠电荷的定向移动实现的。而电荷的定向移动会产生电流，换言之，电容的电压变化会产生电流!这也是电容隔直通交的原因，因为当输入电压不变时，较板上的电荷量就不变，也就没有电荷的移动，即电流为零;而当输入电压交变时，由于电压一直在变化，所以较板上的电荷量也随之一直变化，表明一直有电荷在较板上来来往往，即存在电流。

显然，电容电压是可以变化的，但为什么不能突变呢?在解答这个问题之前，我们有必要了解一下两点。

1、所谓突变(又称跃变)，是指变量的数值变化不需要过程，能直接变化，如下图1-3的(1)所示的电压曲线。此时，电压曲线在数值变化处的斜率(即变化率)为无穷。反正，不能突变是指变量的数值变化需要过程(即需要时间)，其变化率可求。




图1-3

2、电场存在能量，而能量不能突变。把一个电荷置于某个电场中，这电荷就会受到电场力的作用发生移动，此时电场能转化为动能，即电场对电荷做功，这表明，电场是存在能量的，就好比人在高处会往下掉，重力场对人做功，将重力势能转化为动能。能量不能突变，能量的变化是靠做功来实现的，做功需要时间，其速度就是功率。简单来说，能量的变化是一个过程，即使这个过程再短。

知道了以上两点，那么，电容电压为什么不能突变的原因也就找到了。用通俗的语言来讲，那就是因为电容电压和能量是由直接关系的，由于能量不能突变，所以电压也就不能突变。电压的存在就等同于电场的存在，而电场存在能量，且电压越大，电场越强，能量就越大，若电压为零，电容的能量也就为零。

另外，也正是因为电容的这种电压与电场能量的关系，所以它是一种储能元件，当电压不变时，它所具有的能量就能一直保存在较板间，不会消失。而所谓的电容充放电过程，其实就是电容电压变化，从而改变电场能量的过程。

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