感應加熱的基本知識                    

1．感應加熱的應用

自工業(yè)上開(kāi)始應用感應加熱能源以來(lái)，已過(guò)了將近80年了。在這期間，感應加熱理論和感應加熱裝置都有很大發(fā)展，感應加熱的應用領(lǐng)域亦隨之擴大，其應用范圍越來(lái)越廣。

在應用方面，感應加熱可用在金屬熔煉，熱處理和焊接過(guò)程，已成為冶金，國防，機械加工等部門(mén)及鑄，鍛和船舶，飛機，汽車(chē)制造業(yè)等*認的能源。此外，感應加熱也已經(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，都是用感應加熱為能源。        

2．感應加熱的原理

a導體的感應加熱

導體的導電構主要是自由電子。如在導體上加電壓，這些自由電子便將按照同一方向從一個(gè)原子移到另一個(gè)原子而形成電流。電子在移動(dòng)過(guò)程中會(huì )遇到阻力，阻力越大電流越小，一般用電阻率P來(lái)表示導體的導電性能。由于電阻的存在，電流流過(guò)導體時(shí)，都會(huì )引起導體發(fā)熱，根據焦耳-楞茨定理可得：Q=I2Rt

式中Q----導體的發(fā)熱量；

     I-----通過(guò)導體的電流強度；

     R-----導體的電阻；

     t-----電流通過(guò)導體的時(shí)間。

在導體中流過(guò)電流時(shí)，在它的周?chē)阃瑫r(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)。通過(guò)的電流為直流時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)是固定的，不影響導體的導電性能：而通過(guò)交流電時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)是交變的，會(huì )引起集膚效應(或稱(chēng)趨膚效應)，使大部份電流向導體的表面流通，既有效導電面積減小，電阻增加。交流電流的頻率愈高，集膚效應就愈嚴重，由上式可知，在電流I不變的情況下，由于電阻增加，使導體的發(fā)熱量增加。同時(shí)，由于電流沿表層流通，熱量集中于導體的表層，因此可以利用高頻電流對導體的表面進(jìn)行局部加熱。

同樣，在高頻電流通過(guò)彼此相距極近的導體，或者將直導體變成圓環(huán)，繞成線(xiàn)圈時(shí)，其電流密度也會(huì )發(fā)生相應變化，引起所謂鄰近效應和環(huán)形效應，無(wú)論是集膚效應、鄰近效應和環(huán)形效應都是由于導體中流過(guò)交流電時(shí)，在導體周?chē)纬山蛔兇艌?chǎng)，從而在導體中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢迫使電流發(fā)生重新分配的結果。導體周?chē)艌?chǎng)的強弱直接和電流強度成正比。因此，平行放置的兩根導體，在其電流為同方向時(shí)，則兩根導體外側磁場(chǎng)較內側強，內側中心的磁場(chǎng)強度幾乎為零。兩根導體流的電流是反方向時(shí)，則兩導體內側磁場(chǎng)強。如果將導體繞成線(xiàn)圈并通以高頻電流，則線(xiàn)圈內側磁場(chǎng)較外側強。

如果將材料放在高頻磁場(chǎng)內。(例如放到高頻電流的線(xiàn)圈內部)，則磁力線(xiàn)同樣會(huì )切割材料，在材料中產(chǎn)生感應電動(dòng)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，結果使材枓發(fā)熱，用感應渦流的熱效應加熱，叫感應加熱

b電流透入深度

把金屬圓柱體放在流著(zhù)電流的線(xiàn)圈中，盡管我屬圓柱沒(méi)和線(xiàn)圈接觸，線(xiàn)圈本身的溫度也很低，可是圓柱表面會(huì )被加熱到發(fā)紅，甚至熔化。這是由于電磁感應作用，在金屬柱中感生與線(xiàn)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，在徑向從外到內按指數函數方式減小。這種電流不均勻分布的現象，隨電流頻率升高而顯著(zhù)。

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。

常用銅管繞成感應線(xiàn)圈，從技術(shù)指導考慮，用銅管的佳壁厚為1.57&，一般應取銅管壁厚1.3&                                

3.感應加熱的頻率

用于感應加熱的電源頻率可為50Hz到幾MHz。選擇頻率的重要依據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(mǎn)足淬硬層厚度。對于熔煉還需考慮功率密度和攪拌力。再者，頻率高的電源設備一般都比頻率小的價(jià)格高，功率大的設備必定比功率小的價(jià)格高。因此，選擇電源頻率終需考慮綜合經(jīng)濟技術(shù)指標。

在實(shí)際設計中，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(huì )引起爐料的溫差過(guò)大，反而會(huì )使加熱時(shí)間增長(cháng)。

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(mǎn)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(mǎn)足熔化率的要求，且達到適度的攪拌，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(shí)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，爐子工作的技術(shù)經(jīng)濟指標就高。

4.感應加熱裝置綜述

概述

隨著(zhù)電力半導體器件的開(kāi)發(fā)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，感應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，冷卻水消耗量節約1/2，節約耗電量超過(guò)1/2，效率提高45%；而且前者壽命長(cháng)，安全可靠，易實(shí)現自動(dòng)控制，有利于提高加熱質(zhì)量，維護工作量小，可隨用隨開(kāi)；后者則需預熱后才能投入運行，維護費用高。

半導體式感應加熱裝置的出現使感應加熱用的頻率選擇概念發(fā)生很大變化，電子式感應加熱裝置的頻率等級少，不能根據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。而半導體式感應加熱裝置的頻率應變性*，還具有頻率自動(dòng)跟隨負載變化的特性，可以選擇理想的工作頻率，使裝置效率高，從而達到節能、省時(shí)的目的。從節能角度出發(fā)，頻率等級是似乎越細密越好，但是過(guò)細、過(guò)密就涉及到配套的協(xié)調問(wèn)題。幸好同一頻率等級的半導體式感應加熱裝置的實(shí)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，結合目前內外情況可以打破現有的頻率等級劃分，即使暫時(shí)做不到，也應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，就可預見(jiàn)的電力半導體器件發(fā)展情況來(lái)看，近期不太可能滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)500kHz以上感應加熱電源的要求，這一頻段暫時(shí)還只能用電子管振蕩器去實(shí)現?？蓪⑸鲜鲱l率等級中500Hz以下的稱(chēng)為低頻，1~10KHz稱(chēng)為中頻，20~75KHz稱(chēng)為超音頻，100KHz以上稱(chēng)為高頻。這種劃分更符合中國的習慣，也較科學(xué)。

應該指出，符合前述頻率等級的感應加熱裝置，全都可以用電力半導體器件。                                                  

5.電力半導體器件的比較和選擇

電力半導體器件種類(lèi)繁多，各有特點(diǎn)。實(shí)踐中，應根據感應加熱裝置的頻率和容量，以及目前巳商品化的電力半導體器件的開(kāi)關(guān)速度高低，單管或單個(gè)模塊的容量大小，價(jià)格高低選用。

為方便起見(jiàn)，下面將各種電力半導體器件性能特點(diǎn)和關(guān)鍵參數作粗細比較：

(1)允許高工作電壓。無(wú)論是晶體管還是晶閘管都能滿(mǎn)足以三相380伏、50Hz作進(jìn)線(xiàn)電源的高頻裝置對電力半導體開(kāi)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到幾千伏水平，還適于更高進(jìn)線(xiàn)電壓(如，575V或1000V)的感應加熱裝置中使用。

(2)允許大工作電流?？偟膩?lái)說(shuō)，已商品化的晶閘管的大工作電流比晶體管的都大，可達千安以上。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(shí)則在十幾伏以上，導通損耗相當可觀(guān)，只是由于它們的允許工作頻率高，在100~500KHz區段，還沒(méi)能為其他器件所代替。實(shí)際上，SIT和VMOS的導通呈電阻特性，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)驅動(dòng)功率?？偟膩?lái)說(shuō)，晶體管中除GTR屬電流驅動(dòng)，驅動(dòng)率大外，其他晶體管(IGBT，VMOS和SIT)都屬電壓驅動(dòng)，驅動(dòng)功率小。相對晶體管(除GTR外)而言，晶閘管的驅動(dòng)功率大，而且GTO和SITH的驅動(dòng)電路復雜，以GTO的驅動(dòng)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(wú)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(wú)自關(guān)能力。一般快速晶閘管雖然沒(méi)有自關(guān)能力，需用換電流關(guān)斷電路，但在感應加熱裝置中，由于有改善爐子功率因數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(wú)需特意設置換流電路。所以，沒(méi)有自關(guān)能力的晶閘管也不會(huì )妨礙其在感應加熱裝置中的使用，而它卻有高壓、大電流，低損耗、價(jià)廉等突出特點(diǎn)。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，應優(yōu)先選用晶閘管。

(9)價(jià)格。就目前市場(chǎng)價(jià)格來(lái)說(shuō)，裝配同容量的感應加熱裝置，在開(kāi)關(guān)器件方面的花費，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)濟指標，10kHz以下、幾百kW以上的大功率感應加熱裝置，宜選用晶閘管。其中5kHz以下者，應盡量選用SCR(高頻)；5kHz以上者，可用SITH。10kHz以下小功率感應加熱裝置，也可以選用IGBT，只是成本稍高些；10~50kHz頻域感應加熱裝置應盡量選用IGBT，只有高于50kHz的，才應考慮選用SIT或VMOS?？傊?，在開(kāi)發(fā)新的感應加熱裝置時(shí)，應優(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。因為后兩者的驅動(dòng)功率大，驅動(dòng)電路復雜。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、驅動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)，會(huì )象IGBT取代GTR一樣，有可能*取代GTO和SITH的位置。其實(shí)，與SCR和IGBT相比，MCT也具有很大的優(yōu)勢，不久的就會(huì )進(jìn)入半導體感應加熱裝置的領(lǐng)域。                                       返回

6.電力半導體式感應加熱裝置的構成

電力半導體式感應加熱裝置的出現，使感應加熱裝置無(wú)論從外觀(guān)還是內在的結構都更加簡(jiǎn)單和單一化。在電力半導體器件出現以前，除了早已淘汰的火花隙高頻發(fā)生器外，感應加熱裝置按頻段分為三種類(lèi)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(huì )產(chǎn)生高次諧波的原理而進(jìn)行的；(2)1~8kHz用發(fā)電機組：(3)幾十kHz以上用電子管振蕩器。顯然，這三種感應加熱裝置無(wú)論在外觀(guān)還是電路結構上，都毫無(wú)相似之處。電力半導體感應加熱裝置則不然，無(wú)論其頻率高低，功率大小，都有相似的外觀(guān)和幾乎*相同的結構，電路也更加簡(jiǎn)單。不同頻率半導體感應加熱裝置的主要區別，只是在所用開(kāi)關(guān)器件不同，以及由此帶來(lái)的開(kāi)關(guān)器件驅動(dòng)電路、緩沖電路和保護方面的差別。

電力半導體式感應加熱裝置的電路結構與其工作頻率、功率無(wú)關(guān)，都是由整流器、濾波器、逆變器及其控制和保護電路組成。工作時(shí)，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體器件作為電子開(kāi)關(guān)的，它將直流電變成較高頻率的電流供給負載。

逆變器是感應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(gè)重要參數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(shí)間內的物料處理量。

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

感應爐的自然功率因數與爐體結構、爐料性質(zhì)因素有關(guān)，根據對各種爐子狀況的統計，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值。

7.儲能元件C和L

無(wú)論是電子管式感應加熱裝置，還是電力半導體式感應加熱裝置，都離不開(kāi)儲能元件，可以說(shuō)，沒(méi)有儲能元件就沒(méi)有感應加熱裝置。在感應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在電路中都能起調諧、濾波、耦合、去耦。以及能量?jì)Υ婧蛡鬏數淖饔?。所不同的是，電容儲存電?chǎng)能，能隔離直流電流，只讓交流通過(guò);而電感儲存磁場(chǎng)能，能讓直流電流須利通過(guò)，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成了一個(gè)簡(jiǎn)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(huì )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(shí)，除了使人感到震悸和不舒適外，不會(huì )引起意外的后果；可是在高電壓時(shí)(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(lái)呢？

如果把兩平行金屬板的兩端，用導線(xiàn)分別接到電池的正極、負極，那么接正極的金屬板上帶負電荷的電子就被電池正極吸引過(guò)去，而接負極的金屬板，將從電池負極獲得大量電子。也就是說(shuō)，電池將接正極的金屬板上的負電荷轉移的接負極的金屬板上，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(wú)論是奪取接正極的金屬板上的電子，還是將電子轉移到接負極的金屬板上去，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(shí)候，電子在導線(xiàn)中流動(dòng)而形成電流，但充電不是永無(wú)休止的，當兩金屬板上充的電荷形成的電壓與電池電壓相等時(shí)，充電就停止，電路里就電流，這相當于電路斷開(kāi)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(kāi)，用導線(xiàn)將電容器兩金屬板接起來(lái)，在剛接通的瞬間，電路便有電流流通，這個(gè)電流與原充電時(shí)的電流方向相反。隨著(zhù)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(dòng)能，隨之變成熱能而消耗在導線(xiàn)電阻中。

如果不是用導線(xiàn)，而是用手將充了電的電容器兩極板接起來(lái)，電容就會(huì )通過(guò)人的手放電，使人感到電麻，所以，電容器“打”人是因為它通過(guò)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(lái)回流動(dòng)，這就是電容器能通過(guò)交流電的道理。

那么，從電容器上流過(guò)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度，等于用放電時(shí)間T/2來(lái)除電容器上儲存的電荷q,

式中   T------交流電變化一周的時(shí)間，稱(chēng)為周期；

       f------交流電在單位時(shí)間內變化的次數，f=T/1，稱(chēng)為頻率。

事實(shí)上，人們所知道的交流電源電壓U都是按諧波規律從零變化到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律從零變化到qm以及Im，也就是說(shuō)電流不是常數?？紤]到電流不是常數，按的計算補進(jìn)因數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。根據電路原理，電壓與電流振幅的比Um/Im稱(chēng)為阻抗，在此Um/Im=1/2πfC=Xc。人們用Xc來(lái)表示常數1/2πfC,并稱(chēng)為電容器的容抗。

大家知道，一般導線(xiàn)對于電源的阻抗稱(chēng)為“電阻”，用R表示。在交流電技術(shù)中，稱(chēng)為有效電阻，以便與容抗和下面將敘述的感抗相區別。有效電阻對于電流的阻抗作用是和電能轉變成熱能而損耗的事實(shí)相聯(lián)系的，電流流過(guò)導線(xiàn)時(shí)，它的一部分電能轉變成熱，而消耗在導線(xiàn)中，其值為I2Rt(I為電流，t為時(shí)間)。

電源電壓為一定時(shí)，容抗和有效電阻一樣能限制電路中的電流。但是容抗不會(huì )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(guò)電路。

在一個(gè)四分之一周期(0~π/2)內(越前電壓1/4周期)，電源對電容器充電，電能由電源轉移到電容器上；下一個(gè)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(xiàn)路的有效電阻和電容的介質(zhì)損耗，當電流流過(guò)電容器時(shí)，并不耗費任何能量。無(wú)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(shí)所能“容納”以及在放電時(shí)“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

電容器的主要參數是容量、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(lái)說(shuō)，如果加在它兩端的電壓為一伏時(shí)，它能儲存一庫侖的電荷，則稱(chēng)它的電容量為一法拉。法拉一般用字母“F”表示。在實(shí)用中有時(shí)嫌它太大，就用微法和皮法來(lái)表示。

實(shí)際上，決定電容器的容量的因素是制造電容器的介質(zhì)的介電系數和電容器極板的幾何形狀、幾何尺寸。因此，有時(shí)電容器的單位也用長(cháng)度單位來(lái)表示。厘米和法拉之間的換算關(guān)系是：一厘米電容相當于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(guò)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(chǎng)規定了電容器的工作電壓或實(shí)驗電壓。工作電壓是電容器能長(cháng)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(guò)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。

應該指出，電容器的耐壓通常都是標示直流電壓，如果用在交流電路中，則應保證交流電壓的峰值不應超過(guò)該標示值。當然，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(wèn)題了。

(3)功率。電容器既然是用介質(zhì)制造的，當電容器兩端接上交流電時(shí)，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(wú)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(huì )使電容器過(guò)熱而損壞。為了保證電容器的正常使用，必須規定其允許的損耗值。另外，由于tg﹠值只決定于電容器的介質(zhì)材枓(嚴格說(shuō)來(lái)還與溫度、濕度有關(guān))，對于某一電容器來(lái)說(shuō)就是個(gè)定值。在實(shí)際工作中，人們感興趣的是其無(wú)功功率Pc，因此一般制造廠(chǎng)都規定電容器的無(wú)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(shí)只要滿(mǎn)足容量、電壓的要求就行；而在大功率電路中，選擇電容除滿(mǎn)足容量、電壓的要求外，還必須使其無(wú)功功率亦滿(mǎn)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(dòng)控制系統中，常用“PID”調節器，其中作為微積分應用的電容就不應該選用漏電流小，漏電電阻大的電容，還有一些時(shí)延極長(cháng)的延時(shí)電路中的延時(shí)電容也要求漏電電阻越大越好。對于這些情況使用者應注意選擇。

d電容器的種類(lèi)

電容器的種類(lèi)很多。按結構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(shí)，除了注意電容器的容量、工作電壓、形狀均需滿(mǎn)足要求外，在高頻線(xiàn)路中應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(guò)10的9次方Hz以后，陶瓷電容器也會(huì )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，應盡量采用云母、陶瓷、鐵電、真空等介質(zhì)的電容器。     

B 電感L

a電感線(xiàn)圈

線(xiàn)圈在電路中也是儲能元件，當電荷沿導線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，便產(chǎn)生電流。電流周?chē)偸前橛写艌?chǎng)，磁場(chǎng)具有一定的能量。當電流I沿線(xiàn)圈流過(guò)時(shí)，線(xiàn)圈的磁場(chǎng)能量，即磁能等于：

              WL=1/2個(gè)LI的平方

式中的L對于每一個(gè)給定的線(xiàn)圈說(shuō)來(lái)是常數，稱(chēng)為線(xiàn)圈的自感系數或電感。

根據電磁感應定律，任何在導體周?chē)拇艌?chǎng)的變化都會(huì )在導體中引起電動(dòng)勢。當流過(guò)線(xiàn)圈的電流減少(或增加時(shí))它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也減少(或增加)，由于這一磁場(chǎng)的變化，都會(huì )在線(xiàn)圈中引起感應電動(dòng)勢。因為電動(dòng)勢變發(fā)生在產(chǎn)生磁場(chǎng)的線(xiàn)圈中，因此，人們便把它叫做自感電動(dòng)勢。自感電動(dòng)勢的作用是反對引起這個(gè)電勢的電流發(fā)生變化的。假如線(xiàn)圈中的電流減少，自感電動(dòng)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(huì )隨著(zhù)外電源的變化而變化的，自感電動(dòng)勢不能*阻擋這種變化，只能使這種變化延遲發(fā)生，所以說(shuō)，通過(guò)電感線(xiàn)圈的電流不能突變。

b交流回路中的線(xiàn)圈

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

C線(xiàn)圈的主要參數

線(xiàn)圈中流過(guò)變化的電流時(shí)，線(xiàn)圈上便產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。感應電動(dòng)勢的大小與線(xiàn)圈流過(guò)的電流變化率成正比例，其比例常數就是電感量，簡(jiǎn)稱(chēng)電感，用L表示。它表明，通過(guò)一定的電流時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生感應電勢的能力，其單位是亨利，常用字母H表示。此單位的意義是：當線(xiàn)圈中通過(guò)每秒變化1A的電流時(shí)，能產(chǎn)生1V感應電勢，此線(xiàn)圈中的電感就是1H。在實(shí)際應用中還使用更小的單位mH和Μh.