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电容器并联应该指南
电容器与其他电气元件一样,可以串联或并联连接到其他元件。有时,将多个电容器并联以制作功能块(如图中的块)很有用。在这种情况下,了解并联连接块的等效电容很重要。本文将重点分析电容器的并联连接以及此类电路的可能应用。
分析
并联连接中的所有电容器两端都具有相同的电压,这意味着:
其中 V 1到 V n表示每个电容器两端的电压。该电压等于通过输入线施加到电容器并联连接的电压。但是,每个电容器存储的电荷量并不相同,根据公式取决于每个电容器的电容:
其中 Q n是电容器上存储的电荷量,C n是电容器的电容,V n是施加到电容器的电压,它等于施加到完整并联连接块的电压。电容器块存储的电荷总量由 Q 表示,并在该电路中存在的所有电容器之间分配。这表示为:
以下等式用于确定多个电容器并联的等效电容:
其中 C eq是电容器并联连接的等效电容,V 是通过输入线施加到电容器的电压,Q 1到 Q n表示存储在每个相应电容器中的电荷。这给我们带来了一个重要的结论:
这意味着电容器并联的等效电容等于各个电容的总和。这个结果也很直观——并联的电容器可以看作是单个电容器,其极板面积等于各个电容器极板面积的总和。
应用
电容器是用于以电荷的形式储存电能的装置。通过并联多个电容器,所得电路能够存储更多能量,因为等效电容是所有相关电容器的单个电容的总和。此效果用于某些应用程序。
直流电源
一个例子是直流电源,有时使用多个并联电容器以更好地过滤输出信号并消除交流纹波。通过使用这种方法,可以使用具有优异纹波特性的更小电容器,同时获得更高的电容值。
更高的电容值
有些应用只需要比市售电容器能够提供的电容值高得多的电容值。电容器组用于此类应用。一个例子是用于电感负载功率因数校正的电容器组。另一个例子是宣布用于汽车行业的储能电容器组,即 KERS(动能回收系统),用于大型车辆(如电车)以及混合动力汽车的再生制动。
脉冲负载
一个高磁场实验室为世界上最强大的磁铁供电,通过将能量存储在电容器组中,能够提供近 100 特斯拉的磁场。储存的能量在很短的时间内通过磁线圈释放,产生非常强大的磁场。
在任何情况下,电容器组都可以达到非常高的电容值。通过使用多个并联的超级电容器,几十千法拉的电容是可行的,特别是考虑到超级电容器能够实现超过 2000 法拉的电容值。
设计限制
并联电容器时,有几点需要牢记。一是电容器并联的最大额定电压仅与系统中使用的所有电容器的最低额定电压一样高。因此,如果多个额定电压为 500V 的电容器与一个额定值为 100V 的电容器并联,则整个系统的最大额定电压仅为 100V,因为并联电路中的所有电容器都施加了相同的电压。
安全
要记住的另一点是,由于存储的能量数量以及电容器能够在很短的时间内释放存储的能量这一事实,电容器组可能很危险。如果意外短路,这种储存的能量有时会导致严重伤害或损坏电线和设备。