串聯電容器廣泛應用于電力輸電、配電系統中,特別是長距離、大容量的輸電系統中,提高輸送容量,提高系統的穩定性,改善系統的電壓調整率,同時提高系統的功率因數,降低線路損耗。
? ? 電容串聯使用問題解析
電容串聯后,所有電容陽極板上的電荷數量,等于陰極板的電荷數量。也就是說10u電容最多只能充5u的電荷量,此時10u電容的電壓因為電荷降低一半,所以電壓降低了一半,為25V。串聯總耐壓為75V。
容量相差一倍而耐壓相同的電容器串聯,大電容的分壓就是小電容分壓的一半,如果以電阻的分壓打比方,小電容就相當于高值電阻,大電容相當于低值電阻,我們把串聯電路中電流處處相等這個原則變化為串聯電容極板上的電荷處處相等,那電荷相對稀少的大容量的電勢必然就很低。而電荷密集的小電容必有高電勢。那么當一只10Ω電阻與5Ω電阻串聯,在10Ω電阻上的分壓就是5Ω電阻分壓的一倍。
所以,它們串聯后的總耐壓是75V。在75V電壓下,小電容50V滿耐壓時,大電容兩端25V一半電壓。
假如電源電壓U=1000伏,選擇耐壓為600伏的兩個電容器串聯起來使用,當C1承受750伏電壓,C2承受250伏電壓,兩個電容器會怎樣?
理論上,同容量的串聯電容器的電壓應該相等,但在現場實際測量電壓不相等。是不是在理想情況下,電容器沒有漏電流(即絕緣電阻為無窮大),而實際上所有的電容器都有不同程度的漏電流存在,表現為它們的絕緣電阻值不等。
圖中的Rc1、Rc2分別是兩個電容器的絕緣電阻,它們相當于和電容器并聯。在穩定狀態下(充電過程結束以后),電容支路中沒有電流通過,而電阻支路中的電流是:
IR=U/(Rc1+Rc2)
不管絕緣電阻有多大,只要他們是有限的數值,這個漏電流就存在。于是每個電容上的電壓:
U1=IRRc1=Rc1U/(Rc1+Rc2) U2=IRRc2=Rc2U/(Rc1+Rc2)
一般情況下,電容器的絕緣電阻都不相同,因此電壓U1不等于U2。如果Rc1=3Rc2,U1=750伏,U2=250伏,U1超過電容器的工作電壓時,如電容器被擊穿(短路),全部電壓則加到另一個電容器上,它也就接著被擊穿。
為了解決這個問題,應該在每一個電容器的旁邊并聯一個電阻R。R的阻值約為幾百千歐,應比絕緣電阻小得多(一般R應在Rc的10%以下)。這樣,每個電容器上的電壓就大致上相同,不會相差很遠。因此,電阻R叫做均壓電阻。