感應(yīng)加熱的基本知識                    

1．感應(yīng)加熱的應(yīng)用

自工業(yè)上開始應(yīng)用感應(yīng)加熱能源以來，已過了將近80年了。在這期間，感應(yīng)加熱理論和感應(yīng)加熱裝置都有很大發(fā)展，感應(yīng)加熱的應(yīng)用領(lǐng)域亦隨之?dāng)U大，其應(yīng)用范圍越來越廣。

在應(yīng)用方面，感應(yīng)加熱可用在金屬熔煉，熱處理和焊接過程，已成為冶金，國防，機(jī)械加工等部門及鑄，鍛和船舶，飛機(jī)，汽車制造業(yè)等*認(rèn)的能源。此外，感應(yīng)加熱也已經(jīng)或不斷地進(jìn)入到我們的家庭生活中，例如微波爐，電磁爐，都是用感應(yīng)加熱為能源。        

2．感應(yīng)加熱的原理

a導(dǎo)體的感應(yīng)加熱

導(dǎo)體的導(dǎo)電構(gòu)主要是自由電子。如在導(dǎo)體上加電壓，這些自由電子便將按照同一方向從一個原子移到另一個原子而形成電流。電子在移動過程中會遇到阻力，阻力越大電流越小，一般用電阻率P來表示導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。由于電阻的存在，電流流過導(dǎo)體時，都會引起導(dǎo)體發(fā)熱，根據(jù)焦耳-楞茨定理可得：Q=I2Rt

式中Q----導(dǎo)體的發(fā)熱量；

     I-----通過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度；

     R-----導(dǎo)體的電阻；

     t-----電流通過導(dǎo)體的時間。

在導(dǎo)體中流過電流時，在它的周圍便同時產(chǎn)生磁場。通過的電流為直流時，產(chǎn)生的磁場是固定的，不影響導(dǎo)體的導(dǎo)電性能：而通過交流電時，產(chǎn)生的磁場是交變的，會引起集膚效應(yīng)(或稱趨膚效應(yīng))，使大部份電流向?qū)w的表面流通，既有效導(dǎo)電面積減小，電阻增加。交流電流的頻率愈高，集膚效應(yīng)就愈嚴(yán)重，由上式可知，在電流I不變的情況下，由于電阻增加，使導(dǎo)體的發(fā)熱量增加。同時，由于電流沿表層流通，熱量集中于導(dǎo)體的表層，因此可以利用高頻電流對導(dǎo)體的表面進(jìn)行局部加熱。

同樣，在高頻電流通過彼此相距極近的導(dǎo)體，或者將直導(dǎo)體變成圓環(huán)，繞成線圈時，其電流密度也會發(fā)生相應(yīng)變化，引起所謂鄰近效應(yīng)和環(huán)形效應(yīng)，無論是集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)和環(huán)形效應(yīng)都是由于導(dǎo)體中流過交流電時，在導(dǎo)體周圍形成交變磁場，從而在導(dǎo)體中產(chǎn)生自感電動勢迫使電流發(fā)生重新分配的結(jié)果。導(dǎo)體周圍磁場的強(qiáng)弱直接和電流強(qiáng)度成正比。因此，平行放置的兩根導(dǎo)體，在其電流為同方向時，則兩根導(dǎo)體外側(cè)磁場較內(nèi)側(cè)強(qiáng)，內(nèi)側(cè)中心的磁場強(qiáng)度幾乎為零。兩根導(dǎo)體流的電流是反方向時，則兩導(dǎo)體內(nèi)側(cè)磁場強(qiáng)。如果將導(dǎo)體繞成線圈并通以高頻電流，則線圈內(nèi)側(cè)磁場較外側(cè)強(qiáng)。

如果將材料放在高頻磁場內(nèi)。(例如放到高頻電流的線圈內(nèi)部)，則磁力線同樣會切割材料，在材料中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而產(chǎn)生渦流。渦流也是高頻電流，同樣具有高頻電流的一些性質(zhì)。由于材枓具有電阻，結(jié)果使材枓發(fā)熱，用感應(yīng)渦流的熱效應(yīng)加熱，叫感應(yīng)加熱

b電流透入深度

把金屬圓柱體放在流著電流的線圈中，盡管我屬圓柱沒和線圈接觸，線圈本身的溫度也很低，可是圓柱表面會被加熱到發(fā)紅，甚至熔化。這是由于電磁感應(yīng)作用，在金屬柱中感生與線圈電流方向相反的渦流，在渦流的焦耳作用下，金屬自身發(fā)熱升溫，這就是感應(yīng)加熱的原理。金屬圓柱中的感生電流的分布。這種分布以表面強(qiáng)，在徑向從外到內(nèi)按指數(shù)函數(shù)方式減小。這種電流不均勻分布的現(xiàn)象，隨電流頻率升高而顯著。

渦流密度降為表面電流密度的1/e的深度，定義為電流透入深度。在電流透入深度范圍內(nèi)吸收的功率，為金屬圓柱吸收總功率的86.5%，因此，&便成為選擇加熱電流頻率的重要參數(shù)。

常用銅管繞成感應(yīng)線圈，從技術(shù)指導(dǎo)考慮，用銅管的佳壁厚為1.57&，一般應(yīng)取銅管壁厚1.3&                                

3.感應(yīng)加熱的頻率

用于感應(yīng)加熱的電源頻率可為50Hz到幾MHz。選擇頻率的重要依據(jù)是加熱效率和溫度分布。其次是要考虙熔煉、透熱和淬火等各種加熱工藝對電源頻率的一些要求。熔煉、透熱加熱工藝要求加熱溫度均勻，而淬火則不需要加熱溫度均勻，卻要求滿足淬硬層厚度。對于熔煉還需考慮功率密度和攪拌力。再者，頻率高的電源設(shè)備一般都比頻率小的價格高，功率大的設(shè)備必定比功率小的價格高。因此，選擇電源頻率終需考慮綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

在實際設(shè)計中，往往選用較上兩式算出的頻率高一檔的電源，因為頻率高得多，會引起爐料的溫差過大，反而會使加熱時間增長。

在爐料性質(zhì)(粘度、密度、電阻率等)相同的情況下，攪拌力與加熱功率成正比，加熱功率越大，攪拌越激烈；升高電源頻率，攪拌減弱；坩堝體積增大，攪拌也減弱。為滿足工藝要求，攪拌必須適度。因此，為了獲得所需的熔化率，就得確保必要的加熱功率。在爐子容量已定的情況下，為了滿足熔化率的要求，且達(dá)到適度的攪拌，則電源頻率就不能低于某一定值，這是為熔煉爐選擇電源頻率時需考慮的附加條件。換言之，相對于每一級頻率，爐子量有一界限，在此界限內(nèi)，爐子工作的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就高。

4.感應(yīng)加熱裝置綜述

概述

隨著電力半導(dǎo)體器件的開發(fā)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，感應(yīng)加熱裝置的面貌也日新月異，尤以裝置的體積，重量和性能方面化為突出。例如：同頻率、同容量(50KW)的晶體管式高頻裝置與電子管式高頻裝置相比，體積縮小2/3，重量減輕2/3，冷卻水消耗量節(jié)約1/2，節(jié)約耗電量超過1/2，效率提高45%；而且前者壽命長，安全可靠，易實現(xiàn)自動控制，有利于提高加熱質(zhì)量，維護(hù)工作量小，可隨用隨開；后者則需預(yù)熱后才能投入運(yùn)行，維護(hù)費(fèi)用高。

半導(dǎo)體式感應(yīng)加熱裝置的出現(xiàn)使感應(yīng)加熱用的頻率選擇概念發(fā)生很大變化，電子式感應(yīng)加熱裝置的頻率等級少，不能根據(jù)加熱的工藝的要求選擇更合適的工作頻率，往往不得不遷就頻率而犧牲。而半導(dǎo)體式感應(yīng)加熱裝置的頻率應(yīng)變性*，還具有頻率自動跟隨負(fù)載變化的特性，可以選擇理想的工作頻率，使裝置效率高，從而達(dá)到節(jié)能、省時的目的。從節(jié)能角度出發(fā)，頻率等級是似乎越細(xì)密越好，但是過細(xì)、過密就涉及到配套的協(xié)調(diào)問題。幸好同一頻率等級的半導(dǎo)體式感應(yīng)加熱裝置的實際工作頻率，允許在一定范圍變化。在一般情況下至少允許圍繞頻率等級值變化20%。加熱工藝對工作頻率的要求雖高卻不苛刻，因此，結(jié)合目前內(nèi)外情況可以打破現(xiàn)有的頻率等級劃分，即使暫時做不到，也應(yīng)逐漸向下列頻率等級靠攏

10kHz,20Khz,30kHz,40kHz,50kHz,75kHz,100kHz,150KHz,200kHz,300kHz,

400kHz,500kHz.另外，就可預(yù)見的電力半導(dǎo)體器件發(fā)展情況來看，近期不太可能滿足開發(fā)500kHz以上感應(yīng)加熱電源的要求，這一頻段暫時還只能用電子管振蕩器去實現(xiàn)。可將上述頻率等級中500Hz以下的稱為低頻，1~10KHz稱為中頻，20~75KHz稱為超音頻，100KHz以上稱為高頻。這種劃分更符合中國的習(xí)慣，也較科學(xué)。

應(yīng)該指出，符合前述頻率等級的感應(yīng)加熱裝置，全都可以用電力半導(dǎo)體器件。                                                  

5.電力半導(dǎo)體器件的比較和選擇

電力半導(dǎo)體器件種類繁多，各有特點。實踐中，應(yīng)根據(jù)感應(yīng)加熱裝置的頻率和容量，以及目前巳商品化的電力半導(dǎo)體器件的開關(guān)速度高低，單管或單個模塊的容量大小，價格高低選用。

為方便起見，下面將各種電力半導(dǎo)體器件性能特點和關(guān)鍵參數(shù)作粗細(xì)比較：

(1)允許高工作電壓。無論是晶體管還是晶閘管都能滿足以三相380伏、50Hz作進(jìn)線電源的高頻裝置對電力半導(dǎo)體開關(guān)的要求。因為晶體管中，除VMOS管高允許電壓只1000V外，其他幾種都在1200V以上，所有的晶閘管都能達(dá)到幾千伏水平，還適于更高進(jìn)線電壓(如，575V或1000V)的感應(yīng)加熱裝置中使用。

(2)允許大工作電流?？偟膩碚f，已商品化的晶閘管的大工作電流比晶體管的都大，可達(dá)千安以上。在晶體管中，以IGBT大的180A，VMOS小，耐壓能到1000V的30A左右。

(3)通態(tài)壓降。晶閘管的通態(tài)壓降普遍低于晶體管，因比，導(dǎo)通損耗也小。晶體管中，以GTR的小，其次是IGBT，一般只有幾伏。SIT和工作在額定電流時則在十幾伏以上，導(dǎo)通損耗相當(dāng)可觀，只是由于它們的允許工作頻率高，在100~500KHz區(qū)段，還沒能為其他器件所代替。實際上，SIT和VMOS的導(dǎo)通呈電阻特性，它們的通態(tài)壓降是隨工作電流變化的，SIT的通態(tài)電阻比VMOS的小，因而功耗也小。

(4)工作頻率。晶體管和晶閘管的適用工作頻率和容量。

(5)驅(qū)動功率?？偟膩碚f，晶體管中除GTR屬電流驅(qū)動，驅(qū)動率大外，其他晶體管(IGBT，VMOS和SIT)都屬電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小。相對晶體管(除GTR外)而言，晶閘管的驅(qū)動功率大，而且GTO和SITH的驅(qū)動電路復(fù)雜，以GTO的驅(qū)動功率大。

(6)對緩沖電路的要求。晶閘管中以GTO對緩沖電路的要求較高，其次是SITH，晶體管中則以GTR和IGBT對緩沖電路要求高，SIT和VMOS管也要求設(shè)置必要的緩沖電路。

(7)串并聯(lián)使用的難易程度。由于晶閘管的單管容量大，除非要制造特大功率的裝置，一般都無需串聯(lián)或并聯(lián)使用。而晶體管一般都不能串聯(lián)使用，但因單管電流容量小，經(jīng)常要并聯(lián)使用。特別是SIT和VMOS，他們在感應(yīng)加熱裝置中幾乎都需要并聯(lián)，幸而這兩種管子都極易并聯(lián)使用。

(8)有無自關(guān)能力。一般快速晶閘管雖然沒有自關(guān)能力，需用換電流關(guān)斷電路，但在感應(yīng)加熱裝置中，由于有改善爐子功率因數(shù)用大容量的匹配電容器，晶閘管可以利用諧振能量進(jìn)行換流，無需特意設(shè)置換流電路。所以，沒有自關(guān)能力的晶閘管也不會妨礙其在感應(yīng)加熱裝置中的使用，而它卻有高壓、大電流，低損耗、價廉等突出特點。此外，具有自關(guān)能力的晶閘管或晶體管，除在關(guān)斷能力上有一定優(yōu)勢，有可能使逆變效率稍增外，在其他方面均不如快速晶閘管。因此，在適用晶閘管的頻段內(nèi)，應(yīng)優(yōu)先選用晶閘管。

(9)價格。就目前市場價格來說，裝配同容量的感應(yīng)加熱裝置，在開關(guān)器件方面的花費(fèi)，則是用晶體管的比用晶閘管的高，便宜的是用SCR(高頻)，貴的是SIT和VMOS。

綜上所述，為了獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，10kHz以下、幾百kW以上的大功率感應(yīng)加熱裝置，宜選用晶閘管。其中5kHz以下者，應(yīng)盡量選用SCR(高頻)；5kHz以上者，可用SITH。10kHz以下小功率感應(yīng)加熱裝置，也可以選用IGBT，只是成本稍高些；10~50kHz頻域感應(yīng)加熱裝置應(yīng)盡量選用IGBT，只有高于50kHz的，才應(yīng)考慮選用SIT或VMOS?？傊陂_發(fā)新的感應(yīng)加熱裝置時，應(yīng)優(yōu)先考慮選用SCR(高頻)、T杪，其次是選用SITH和VMOS，好不用GTR和GTO。因為后兩者的驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。從總體看，IGBT優(yōu)于GTR，SITH優(yōu)于GTO。從發(fā)展情況看，剛剛顯露的MOS控制晶閘管(MCT，MCTH)，由于其具有通態(tài)壓降低、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快等一系列優(yōu)點，會象IGBT取代GTR一樣，有可能*取代GTO和SITH的位置。其實，與SCR和IGBT相比，MCT也具有很大的優(yōu)勢，不久的就會進(jìn)入半導(dǎo)體感應(yīng)加熱裝置的領(lǐng)域。                                       返回

6.電力半導(dǎo)體式感應(yīng)加熱裝置的構(gòu)成

電力半導(dǎo)體式感應(yīng)加熱裝置的出現(xiàn)，使感應(yīng)加熱裝置無論從外觀還是內(nèi)在的結(jié)構(gòu)都更加簡單和單一化。在電力半導(dǎo)體器件出現(xiàn)以前，除了早已淘汰的火花隙高頻發(fā)生器外，感應(yīng)加熱裝置按頻段分為三種類型：(1)50Hz以下為磁性靜止變頻器，它是利用正弦波電壓加在磁路飽和的電抗器上，會產(chǎn)生高次諧波的原理而進(jìn)行的；(2)1~8kHz用發(fā)電機(jī)組：(3)幾十kHz以上用電子管振蕩器。顯然，這三種感應(yīng)加熱裝置無論在外觀還是電路結(jié)構(gòu)上，都毫無相似之處。電力半導(dǎo)體感應(yīng)加熱裝置則不然，無論其頻率高低，功率大小，都有相似的外觀和幾乎*相同的結(jié)構(gòu)，電路也更加簡單。不同頻率半導(dǎo)體感應(yīng)加熱裝置的主要區(qū)別，只是在所用開關(guān)器件不同，以及由此帶來的開關(guān)器件驅(qū)動電路、緩沖電路和保護(hù)方面的差別。

電力半導(dǎo)體式感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)與其工作頻率、功率無關(guān)，都是由整流器、濾波器、逆變器及其控制和保護(hù)電路組成。工作時，三相工頻電流經(jīng)整流，濾波器濾波后，成為平滑直流送到逆變器。逆變器是采用電力半導(dǎo)體器件作為電子開關(guān)的，它將直流電變成較高頻率的電流供給負(fù)載。

逆變器是感應(yīng)加熱裝置中不可減少的組成部分，它的工作和輸出功率決定了裝置的頻率和功率，而這兩個重要參數(shù)則取決于由被加物的材質(zhì)、形狀、加熱溫度和溫度分布等決定的條件和單位時間內(nèi)的物料處理量。

在感應(yīng)爐中，變頻電流是通過感應(yīng)線圈把能量輸送給負(fù)載的，而感應(yīng)線圈往往就是逆變器中的一個部件。感應(yīng)線圈和爐料一起，顯示的功率因數(shù)很低，為了提高功率因數(shù)，需要調(diào)諧電容器向感應(yīng)加熱線圈提供無功能量。在實際生產(chǎn)中，由于電容器與感應(yīng)線圈的連接方式不同，構(gòu)成了性能差異的各種逆變器，甚至決定了感應(yīng)加熱裝置本身的特點和適用范圍。

感應(yīng)爐的自然功率因數(shù)與爐體結(jié)構(gòu)、爐料性質(zhì)因素有關(guān)，根據(jù)對各種爐子狀況的統(tǒng)計，其量如表所列。為便于比較，表中還列了有心熔煉爐的自然功率因數(shù)值。

7.儲能元件C和L

無論是電子管式感應(yīng)加熱裝置，還是電力半導(dǎo)體式感應(yīng)加熱裝置，都離不開儲能元件，可以說，沒有儲能元件就沒有感應(yīng)加熱裝置。在感應(yīng)加熱裝置中使用的儲能元件有電容C和電感L兩種。

電容C和電感L在電路中都能起調(diào)諧、濾波、耦合、去耦。以及能量儲存和傳輸?shù)淖饔?。所不同的是，電容儲存電場能，能隔離直流電流，只讓交流通過;而電感儲存磁場能，能讓直流電流須利通過，阻擋交流電流流通。

A電容C

a電容器

電容器是一種能儲存電能的元件。兩塊彼此平行而不接觸的金屬板就構(gòu)成了一個簡單的電容器。

充了電的電容器具有電能，假如你用手去碰充了電的電容器的接頭，你就會受到電“打”。電容器的容量愈大，電壓愈高，“打”得就愈厲害。電容器的電壓在100~200V時，除了使人感到震悸和不舒適外，不會引起意外的后果；可是在高電壓時(100V或更高)，就有致命的危險。

電容器這種“打”人的本領(lǐng)是從何處來呢？

如果把兩平行金屬板的兩端，用導(dǎo)線分別接到電池的正極、負(fù)極，那么接正極的金屬板上帶負(fù)電荷的電子就被電池正極吸引過去，而接負(fù)極的金屬板，將從電池負(fù)極獲得大量電子。也就是說，電池將接正極的金屬板上的負(fù)電荷轉(zhuǎn)移的接負(fù)極的金屬板上，這就是所謂電容器“充電”。

大家知道，同性電荷相斥，異性電荷相吸。因此，無論是奪取接正極的金屬板上的電子，還是將電子轉(zhuǎn)移到接負(fù)極的金屬板上去，電池都必須做功，這種功變成了電子的位能而儲存在兩金屬板上。充電的時候，電子在導(dǎo)線中流動而形成電流，但充電不是永無休止的，當(dāng)兩金屬板上充的電荷形成的電壓與電池電壓相等時，充電就停止，電路里就電流，這相當(dāng)于電路斷開一樣，這就是電容器能隔斷直流電的道理。

電容器上儲存電荷的多少，與加到電容器兩端的電池電壓有關(guān)。電壓越高，電容器所充的電荷就越多。電容器上所充電荷與充電電壓之比，表示電容器的容量，用字母C表示，其關(guān)系式如下：

      C=U/q

式中  q-----電容器的儲電量，C;

      U------充電電壓;V;

      C------電容器容量，F；

可以證明，電池所作的功，也就是儲存在電容器中的電子的位能，電能為：

              Wc=q2/2C

如果將電容器從電池上拆開，用導(dǎo)線將電容器兩金屬板接起來，在剛接通的瞬間，電路便有電流流通，這個電流與原充電時的電流方向相反。隨著電流的流通，兩金屬板上積累的電荷逐漸減少，電壓逐漸降低，這就是所謂“放電”。顯然，放電是使儲存在金屬板上的電子的位能變成動能，隨之變成熱能而消耗在導(dǎo)線電阻中。

如果不是用導(dǎo)線，而是用手將充了電的電容器兩極板接起來，電容就會通過人的手放電，使人感到電麻，所以，電容器“打”人是因為它通過人體放電給人于電打，而這種本領(lǐng)也是能量，是給它充電的電源得到的。

b交流回路中的電容器

如果電容器的兩極接上交流電，則由于交流電的大小和方向在不斷地變化，電容器的兩端也必然交替地進(jìn)行充電和放電，因此，電路中的電流就不停地來回流動，這就是電容器能通過交流電的道理。

那么，從電容器上流過的交流電流到底是多大呢？顯然，電流大小取決于電容器充放電電流的強(qiáng)度。如果電容器上的電荷是均勻變化而放電電流保持不變，則電容器所能給的放電電流的強(qiáng)度，等于用放電時間T/2來除電容器上儲存的電荷q,

式中   T------交流電變化一周的時間，稱為周期；

       f------交流電在單位時間內(nèi)變化的次數(shù)，f=T/1，稱為頻率。

事實上，人們所知道的交流電源電壓U都是按諧波規(guī)律從零變化到Um的正弦波，因而電容器的電荷q以及電路中的電流也按諧波規(guī)律從零變化到qm以及Im，也就是說電流不是常數(shù)?？紤]到電流不是常數(shù)，按的計算補(bǔ)進(jìn)因數(shù)π=3.14，其的公式為：

          Im=2πfCUm

由公式可知，電容量和外電源的頻率f愈大，電流就愈大。根據(jù)電路原理，電壓與電流振幅的比Um/Im稱為阻抗，在此Um/Im=1/2πfC=Xc。人們用Xc來表示常數(shù)1/2πfC,并稱為電容器的容抗。

大家知道，一般導(dǎo)線對于電源的阻抗稱為“電阻”，用R表示。在交流電技術(shù)中，稱為有效電阻，以便與容抗和下面將敘述的感抗相區(qū)別。有效電阻對于電流的阻抗作用是和電能轉(zhuǎn)變成熱能而損耗的事實相聯(lián)系的，電流流過導(dǎo)線時，它的一部分電能轉(zhuǎn)變成熱，而消耗在導(dǎo)線中，其值為I2Rt(I為電流，t為時間)。

電源電壓為一定時，容抗和有效電阻一樣能限制電路中的電流。但是容抗不會將電源的能量變成熱量而耗掉，它只是不讓在該頻率下電容器所不能容納的能量流過電路。

在一個四分之一周期(0~π/2)內(nèi)(越前電壓1/4周期)，電源對電容器充電，電能由電源轉(zhuǎn)移到電容器上；下一個四分之一周期(π/2~π)電容器放電，它把能量還給電源。如果不考慮線路的有效電阻和電容的介質(zhì)損耗，當(dāng)電流流過電容器時，并不耗費(fèi)任何能量。無論電源功率多大，在中所能流通的能量只能是電容器充電時所能“容納”以及在放電時“交回”電源的能量，所以，電容能限制電路中的電流。

c電容器的主要參數(shù)

電容器的主要參數(shù)是容量、電壓和功率。

(1)容量。如前所述，電容器具有儲存電荷的特性，它儲存電荷的多少，與加到電容器兩端的電源電壓成正比，其比例常數(shù)就是電容器的容量，用字母C表示。

電容器的容量表明電容器儲存電荷的能力。由式1-1-10可知，對于某一電容器來說，如果加在它兩端的電壓為一伏時，它能儲存一庫侖的電荷，則稱它的電容量為一法拉。法拉一般用字母“F”表示。在實用中有時嫌它太大，就用微法和皮法來表示。

實際上，決定電容器的容量的因素是制造電容器的介質(zhì)的介電系數(shù)和電容器極板的幾何形狀、幾何尺寸。因此，有時電容器的單位也用長度單位來表示。厘米和法拉之間的換算關(guān)系是：一厘米電容相當(dāng)于1/9×10的11次方法拉。

(2)電壓。電容器是在極板之間填以介質(zhì)制成的，因此，電容器的級板間的電壓有一級限值，超過此值，介質(zhì)將被擊穿而成短路，電容器就失去了儲存電荷的特性而算報廢。

為了保證人們能夠正確地使用電容器，所以制造廠規(guī)定了電容器的工作電壓或?qū)嶒炿妷骸９ぷ麟妷菏请娙萜髂荛L期(一般不短于10000h)可靠的安全的工作的高電壓，用“W.V”表示，試驗電壓是電壓電容器能短期(一般不超過1min)承受不被擊穿的高電壓，用“T.V”表示。工作電壓一般為試驗電壓的百分之五十到百分之七十。

應(yīng)該指出，電容器的耐壓通常都是標(biāo)示直流電壓，如果用在交流電路中，則應(yīng)保證交流電壓的峰值不應(yīng)超過該標(biāo)示值。當(dāng)然，有的電容器(例如電解電容)根本就不允許用在交流回路中，那就不是耐壓多少的問題了。

(3)功率。電容器既然是用介質(zhì)制造的，當(dāng)電容器兩端接上交流電時，必定要有功率損耗，一般被介質(zhì)所吸收的有功功率為：

  式中   Pe------有功功率，W；

           U-------加在是電容器上的電壓，V；

           w------加于電容器的電壓角頻率，w=2πf,rad/s;

            C-----電容的容量，F；

            tg﹠------電容中介質(zhì)損耗角的正切；

             pc------電容器的無功功率，Var.

電容器中的介質(zhì)損耗將使電容器發(fā)熱，顯然損耗太大也會使電容器過熱而損壞。為了保證電容器的正常使用，必須規(guī)定其允許的損耗值。另外，由于tg﹠值只決定于電容器的介質(zhì)材枓(嚴(yán)格說來還與溫度、濕度有關(guān))，對于某一電容器來說就是個定值。在實際工作中，人們感興趣的是其無功功率Pc，因此一般制造廠都規(guī)定電容器的無功功率Pc，而不是直接給出有功功率。

后有必要指出，在一般的小功率電路中，選用電容器時只要滿足容量、電壓的要求就行；而在大功率電路中，選擇電容除滿足容量、電壓的要求外，還必須使其無功功率亦滿足要求。此外，在某些特殊情況下，還對電容器的“漏電電阻”(因其介質(zhì)不是的絕緣體)加以限制。例如，在自動控制系統(tǒng)中，常用“PID”調(diào)節(jié)器，其中作為微積分應(yīng)用的電容就不應(yīng)該選用漏電流小，漏電電阻大的電容，還有一些時延極長的延時電路中的延時電容也要求漏電電阻越大越好。對于這些情況使用者應(yīng)注意選擇。

d電容器的種類

電容器的種類很多。按結(jié)構(gòu)可以分為固定的電容器、半右變電容器和可變電容器。按采用的介質(zhì)材料不同，可以為空氣、紙介、電解、云母、瓷介、鐵電和真空等電容器，近又出現(xiàn)一種混合電容器。為了使用方便，各種電容器又具有不同形狀和大小。

在選用電容器時，除了注意電容器的容量、工作電壓、形狀均需滿足要求外，在高頻線路中應(yīng)該特別注意電容是用什么介質(zhì)材料制造的，電容的雜散電感大小，否則，將收不到很好的效果，甚至適得其反。

在頻率超過10的9次方Hz以后，陶瓷電容器也會失效，只能用真空或空氣電容器，所以在工業(yè)高頻裝置的高頻回路(一般都在100KHz以上)內(nèi)，應(yīng)盡量采用云母、陶瓷、鐵電、真空等介質(zhì)的電容器。     

B 電感L

a電感線圈

線圈在電路中也是儲能元件，當(dāng)電荷沿導(dǎo)線運(yùn)動時，便產(chǎn)生電流。電流周圍總是伴有磁場，磁場具有一定的能量。當(dāng)電流I沿線圈流過時，線圈的磁場能量，即磁能等于：

              WL=1/2個LI的平方

式中的L對于每一個給定的線圈說來是常數(shù)，稱為線圈的自感系數(shù)或電感。

根據(jù)電磁感應(yīng)定律，任何在導(dǎo)體周圍的磁場的變化都會在導(dǎo)體中引起電動勢。當(dāng)流過線圈的電流減少(或增加時)它所產(chǎn)生的磁場也減少(或增加)，由于這一磁場的變化，都會在線圈中引起感應(yīng)電動勢。因為電動勢變發(fā)生在產(chǎn)生磁場的線圈中，因此，人們便把它叫做自感電動勢。自感電動勢的作用是反對引起這個電勢的電流發(fā)生變化的。假如線圈中的電流減少，自感電動勢的方向相同，力圖維持電流不減少；但不管怎么樣，電流的變化總是會隨著外電源的變化而變化的，自感電動勢不能*阻擋這種變化，只能使這種變化延遲發(fā)生，所以說，通過電感線圈的電流不能突變。

b交流回路中的線圈

現(xiàn)在假定由頻率為f的交流電和具有電感L的線圈組成電路，電源的電動勢按照諧波規(guī)律變化。由于線圈具有電感L，當(dāng)電路中的電流發(fā)生變化時，會產(chǎn)生電動勢，這電動勢力圖阻止電流的變化，因此，電路中的電流只能達(dá)到某一定的值(忽略繞制線圈的導(dǎo)線有效電阻)。其中2πfL表示線圈電感對于頻率為f的電流的阻擋力，人們稱之為線圈的感抗，用XL表示。顯然XL愈大，通過線圈的電流就愈小，而XL與電源的頻率和線圈電感成正比。所以，在線圈相同時，電源的頻率愈高，流過線圈的電流就愈小。也就是說，高頻電流難于通過線圈，而低頻電流容易通過。在電流流通(落后于電源電壓1、4周期)的開始四分之一周期0~π/2內(nèi)，線圈中的電流由零逐漸增加，線圈由電源取得能量，并使之變成磁能；在下一個四分之一周期π/2~π，電流開始逐漸減少，磁場被破壞，產(chǎn)生自感電動勢，這一電動勢將線圈的磁場能量變成電能還給電源。所以，如果忽略線圈的有效電阻的話，電感和電容一樣，能限制電路中的電流，擔(dān)不損耗能量。

C線圈的主要參數(shù)

線圈中流過變化的電流時，線圈上便產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢的大小與線圈流過的電流變化率成正比例，其比例常數(shù)就是電感量，簡稱電感，用L表示。它表明，通過一定的電流時，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢的能力，其單位是亨利，常用字母H表示。此單位的意義是：當(dāng)線圈中通過每秒變化1A的電流時，能產(chǎn)生1V感應(yīng)電勢，此線圈中的電感就是1H。在實際應(yīng)用中還使用更小的單位mH和Μh.