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電容器的串并聯后的額定電壓

鉅大LARGE  |  點擊量:5560次  |  2020年03月31日  

工具書上講到了電容的串聯及并聯,但是要注意那是針對無極性電容而言。下面這個例題來自一本還不錯的教科書。答案是算對了,但是,不符合解決工程問題的思路和因果關系。因為,不能把題目當做一個數學題,只做數學計算,而忽略了物理和工程的意義。


第一、沒有講述足夠的原因,例如電荷守恒定律,電容串聯之后,連個電容的電量相同。


第二、我們的結果是要,兩個電容串聯之后分壓,這兩個分壓不超過額定電壓。所以我們需要去計算分壓,然后對比額定電壓。


先做簡單的計算:電容并聯


公式:C并=C1+C2,耐壓值為C1,C2的耐壓值中較小的U=Min{U1,U2}。


例如:C1:20uf,250v;C2:30uf,450v,則C并=C1+C2=20uf+30uf=50uf,耐壓值U=Min{250v,450v}=250v。


耐壓值選擇值小的那個,然后再做降額即可。


電容串聯:


公式:1/C串=1/C1+1/C2,即C串=C1*C2/(C1+C2),耐壓值U=Min{C2*U2/C1,U1}+Min{C1*U1/C2,U2},耐壓值并不等于兩個電容的耐壓值之和。


例如:C1:20uf,250v;C2:30uf,250v。則串聯電容量好計算:C串=C1*C2/(C1+C2)=20*30/(20+30)=12uf,


注意:耐壓值U=250v+250v=500v(),這種計算是錯誤的。


簡單分析:由于兩個電容容量不同,容抗就不同,分壓也就不同,假如串聯后施加500v電壓,則會有一個分壓低于250v,就會有一個分壓超過250v,超過了其耐壓值,故串聯耐壓要低于500v。


正確公式:耐壓值U=Min{C2*U2/C1,U1}+Min{C1*U1/C2,U2}


=Min{30*250/20,250}+Min{20*250/30,250}=416.7V


這時:電容C1的分壓為Min{30*250/20,250}=Min{375,250}=250v


電容C2的分壓為Min{20*250/30,250}=Min{166.7,250}=116.7v


下文為推導過程:


上述是無極性電容的串聯、并聯容量和耐壓計算。而對于有極性的電解電容,則不是簡單地套用上述計算方法,而有四中情況:


1、電解電容同極性并聯:此時電容的并聯容量和耐壓值公式仍然適用。


2、電解電容反極性并聯:此時因為無論如何總存在一個電容處于反向壓降狀態,不能使用。


3、電解電容同極性串聯:此時電容的串聯容量和耐壓值公式仍然適用。


4、電解電容反極性串:


用電容表測量是對的,在大電流、大功率的情況下是不能使用的,或者是壽命很短的。因為有一個電容處于反接狀態,漏電流會逐漸增大,電極板會逐漸被腐蝕,這樣的電容能行嗎?而且由于存在一個電容反接,其耐壓值為0,串聯后的耐壓值也最多等于正向接通的電容的耐壓值,不能適用串聯耐壓公式,更不能簡單地相加了。


如果,我們沒有足夠大容量的無極性電容,也沒有足夠耐壓的有極性的電容。


采用下圖改進,可以增加壽命,這個是有道理的。能增加壽命,但是總會有一個電容處于反向壓降,雖然電壓不高(二極管壓降),但是電解電容會沒有影響嗎?我們需要評估電容反向時間的壽命折損。


而且別忘了耐壓不是兩個電容的耐壓值之和,而只能取較小的耐壓值。


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