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電容器并聯(lián)應(yīng)該指南
電容器與其他電氣元件一樣,可以串聯(lián)或并聯(lián)連接到其他元件。有時,將多個電容器并聯(lián)以制作功能塊(如圖中的塊)很有用。在這種情況下,了解并聯(lián)連接塊的等效電容很重要。本文將重點(diǎn)分析電容器的并聯(lián)連接以及此類電路的可能應(yīng)用。
分析
并聯(lián)連接中的所有電容器兩端都具有相同的電壓,這意味著:
其中 V 1到 V n表示每個電容器兩端的電壓。該電壓等于通過輸入線施加到電容器并聯(lián)連接的電壓。但是,每個電容器存儲的電荷量并不相同,根據(jù)公式取決于每個電容器的電容:
其中 Q n是電容器上存儲的電荷量,C n是電容器的電容,V n是施加到電容器的電壓,它等于施加到完整并聯(lián)連接塊的電壓。電容器塊存儲的電荷總量由 Q 表示,并在該電路中存在的所有電容器之間分配。這表示為:
以下等式用于確定多個電容器并聯(lián)的等效電容:
其中 C eq是電容器并聯(lián)連接的等效電容,V 是通過輸入線施加到電容器的電壓,Q 1到 Q n表示存儲在每個相應(yīng)電容器中的電荷。這給我們帶來了一個重要的結(jié)論:
這意味著電容器并聯(lián)的等效電容等于各個電容的總和。這個結(jié)果也很直觀——并聯(lián)的電容器可以看作是單個電容器,其極板面積等于各個電容器極板面積的總和。
應(yīng)用
電容器是用于以電荷的形式儲存電能的裝置。通過并聯(lián)多個電容器,所得電路能夠存儲更多能量,因?yàn)榈刃щ娙菔撬邢嚓P(guān)電容器的單個電容的總和。此效果用于某些應(yīng)用程序。
直流電源
一個例子是直流電源,有時使用多個并聯(lián)電容器以更好地過濾輸出信號并消除交流紋波。通過使用這種方法,可以使用具有優(yōu)異紋波特性的更小電容器,同時獲得更高的電容值。
更高的電容值
有些應(yīng)用只需要比市售電容器能夠提供的電容值高得多的電容值。電容器組用于此類應(yīng)用。一個例子是用于電感負(fù)載功率因數(shù)校正的電容器組。另一個例子是宣布用于汽車行業(yè)的儲能電容器組,即 KERS(動能回收系統(tǒng)),用于大型車輛(如電車)以及混合動力汽車的再生制動。
脈沖負(fù)載
一個高磁場實(shí)驗(yàn)室為世界上最強(qiáng)大的磁鐵供電,通過將能量存儲在電容器組中,能夠提供近 100 特斯拉的磁場。儲存的能量在很短的時間內(nèi)通過磁線圈釋放,產(chǎn)生非常強(qiáng)大的磁場。
在任何情況下,電容器組都可以達(dá)到非常高的電容值。通過使用多個并聯(lián)的超級電容器,幾十千法拉的電容是可行的,特別是考慮到超級電容器能夠?qū)崿F(xiàn)超過 2000 法拉的電容值。
設(shè)計(jì)限制
并聯(lián)電容器時,有幾點(diǎn)需要牢記。一是電容器并聯(lián)的最大額定電壓僅與系統(tǒng)中使用的所有電容器的最低額定電壓一樣高。因此,如果多個額定電壓為 500V 的電容器與一個額定值為 100V 的電容器并聯(lián),則整個系統(tǒng)的最大額定電壓僅為 100V,因?yàn)椴⒙?lián)電路中的所有電容器都施加了相同的電壓。
安全
要記住的另一點(diǎn)是,由于存儲的能量數(shù)量以及電容器能夠在很短的時間內(nèi)釋放存儲的能量這一事實(shí),電容器組可能很危險(xiǎn)。如果意外短路,這種儲存的能量有時會導(dǎo)致嚴(yán)重傷害或損壞電線和設(shè)備。