电容器介质损耗及电容量测量

(一) 电容器介质损耗及电容量测量

一、实验背景

电容器是电路中三个最基本的元器件之一。在电路中，作为设计者常需要精确了解电容器的容量和损耗角的大小。测量电容器的电容量和介质损耗通常有多种方法，本实验采用施加交流电信号，通过与一个标准电容器上的电信号比较，测量出被测电容器上容量大小和损耗角。该方法还可用于材料、石油、电力以及化工等领域相关参数的测量。

二、实验目的

1、了解电容器的交流特性参数

2、了解比较法测量方法

3、了解智能化测量仪器的基础

三、实验原理

（一）介质损耗测量的基本理论

一个实际的元件，如电阻器、电容器和电感器，都不可能是理想的，存在着寄生电容、寄生电感和损耗等。也就是说，一个实际的R、L、C元件都含有三个参量：电阻、电感、电容。以电容为例，图1给出了电容器的等效模型。

图1 电容器等效模型

图（a）为理想电容器，阻抗；图(b)为考虑泄漏和介质损耗时的电容器，阻抗

；图（c）为高频时考虑泄漏、引线电阻和电感时的电容器，阻抗

。本

实验中使用的模型为（b）。

通常用品质因数Q来衡量电感器、电容器以及谐振电路的质量，定义为：

（1）

则对图（b）的电容器等效模型而言，其等效导纳为，品质因数为：

（2）

上式中的和分别为电容器两端正弦电压的有效值和周期。对电容器而言，常用损耗角和损耗因数来衡量其

质量。把导纳画在复平面上，如图2所示，损耗角的正切为：

（3）

图2 电容器介损示意图

损耗因数定义为：

（4）

当损耗较小时，即较小时，有：

（5）

（二）介质损耗测试仪的工作原理

如图3所示，微处理器控制下的标准信号提供了待测电容和标准电容的激励信号，进而得到了标准介质信号

和待测介损信号，更换不同介损的电容器，可得到不同角度的信号。两路信号经放大、滤波、整形后，可得

到标准方波和待测方波两个信号，由处理器采集并计算两路信号的相位差。图中的选择器负责将标准信号和待测信号分时切换到上行测量支路，起到了电路相位自校准作用，得到了电路初始相角差。

待测信号经放大、滤波后分支出一支路送入转换电路和转换器TLC2543中，负责测量电容值。

图3 介质损耗测试仪原理框图

四、实验仪器：

智能型介质损耗测试仪、标准电容、待测电容、电阻

五、仪器调试要点

1、分别将待测电容器和标准电容器与电阻器串联。

2、将标准通道测试夹和待测通道测试夹夹在标准电容和待测电容与电阻器连接的端子上。

2、接通介质损耗测试仪的电源，运行自测试程序，验证仪器的工作是否正常。

3、运行通道检测程序，检测两个通道的固有相差。

六、实验内容

1、运行自动介质损耗和电容量测试程序五次，记录每次的测试结果。

2、改变待测电容器，继续进行下一个电容的测量，共测试四个电容器。

七、独到之处

本实验采用AT89C52微处理器，根据比较法测量原理，用数字的方法测量电容的介质损耗。一改以往的交流电桥测试法的复杂和笨重的特性，对实现电网的自动化和控制起到了很大的推动作用。采用的自动量程转换和高阶模拟、数字滤波相结合的创新技术是本实验得以成功的根本，整个过程是创新活动解决实际问题的过程。

电容器能量损耗说明

电容器能量损耗说明电容器能量的损耗分为介质损耗和金属损耗两部分。介质损耗包括介质的漏电流所引起的电导损耗以及介质极化引起的极化损耗等。金属损耗包括金属极板和引线端的接触电阻引起的损耗。由于各种金属材料的电阻率不同，金属损耗随频率和温度增高而增大的程度也不同。电容器在高频电路中工作时，金属损耗占的比例很大。由于电容器损耗的存在，使加在电容器上的正弦交流电压，与通过电容器的电流之间的相位差不是π/2 ，而是稍小于π/2 ，形成了偏离角δ.δ称为电容器的损耗角。电容器损耗因数是衡量电容器品质优劣的重要指标之一。各类电容器都规定了在某频率范围内的损耗因数允许值.在选用脉冲、交流、高频等电路使用的电容器时应考虑这一参数。电容器的损耗是电容器的一个非常重要的指标，是衡量电容器品质的重要标志，决定着电容的使用寿命和电容器在电路中的作用效果。定义：电容器在工作过程因发热而消耗的能量叫电容器的损耗。电容器的能量损耗来自两方面：介质损耗与金属损耗介质损耗包括 1、介质漏电流引起的电导损耗 2、介质极化引起的极化损耗金属损耗包括 1、金属极板与引出线接触电阻产生的损耗 2、金属极板电阻产生的损耗 3、引出线电阻产生的损耗金属损耗随频率和温度的增高而增大，在高频电路工作时，金属损耗占的损耗比例会很高，这点在电容器应用及生产工艺上特别注意。

由于电容器损耗的存在，使加在电容器的电压与电流之间的夹角（相位角）不是理想的90度，而是偏离了一个δ度，这个δ角就称为电容器的损耗角。习惯上以损耗角正切值表示电容器的损耗，实际就是电容器消耗的无功功率，于是也可以这样定义：电容器的损耗也指电容器在电场作用下，消耗的无功功率与消耗的总功率的比值其表示式为：电容器损耗角正切值=无功功率÷总功率或电容器损耗角正切值=无功功率×100÷总功率(得出的值为百分比）式中，总功率=无功功率+有功功率有功功率=I有功平方×xc 无功功率=I总平方×R=（I漏+ I有功）平方×R R=金属极板与引出线接触电阻+金属极板电阻+引出线电阻。本方编辑出自东莞智旭电子工程部

电容器的工作原理及结构

电容器工作原理这得从电容器的结构上说起。最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。电容 diànróng 1. [capacitance；electric capacity]：电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量，非导电体的下述性质:当非导电体的两个相对表面保持某一电位差时（如在电容器中），由于电荷移动的结果，能量便贮存在该非导电体之中 2. [capacitor；condenser]：电容器的俗称 [编辑本段]概述定义：电容（或称电容量[4]）是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征），它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。电容的符号是C。在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换算关系是： 1法拉(F)= 1000毫法(mF)＝1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。相关公式：一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法，即：C=Q/U 但电容的大小不是由Q或U决定的，即：C=εS/4πkd 。其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。常见的平行板电容器,电容为C=εS/d.（ε为极板间介质

电解电容参数特性

电解电容器的参数特性上海BIT-CAP技术中心2.1容量 2.1.1标称容量（C R）电容器设计所确定的容量和通常在电容器上所标出的电容量值。 2.1.2容量公差容量偏差是指电容器的实际容量离开标称容量的范围，容量偏差一般会标示在出货检验单上和包装箱盒贴上。YM产品的容量公差为±20%。 2.1.3容量偏差等级为了保证每批电容器容量的一致性，保证客户装在同一台机器上的所有电容器之间的容量偏差在。特别为每一个电容器贴上表示容量偏差的标签。客户在装机时选用同一标签的电容器装在一台设备内，这样能够有效的保证了同一台设备内的电容器容量的一致性。偏差等级见表1。容量等级代码容量偏差 D-20%≤Cap＜-15% C-15%≤Cap＜-10% B-10%≤Cap＜-5% A-5%≤Cap＜0 E0≤Cap＜5% F5%≤Cap＜10% G10%≤Cap＜15% H15%≤Cap≤20% 表1容量偏差等级表 2.1.4容量的温度特性电解电容的容量不是所有的工作温度下都是常量，温度对容量的影响很大。温度降低时，电解液的粘性增加，导电能力下降，容量下降。

图4容量温度特性（测试频率120Hz ） 2.1.5 容量的频率特性电解电容器的容量决定于温度，还决定于测试频率。容量频率关系：C 代表容量，单位F f 代表频率，单位Hz z 代表阻抗，单位Ω 图5容量频率特性曲线（测试温度20℃） 2.1.6频繁的电压波动及充放电频繁的电压波动及充放电都会导致容量下降，为了应对频繁的电压波动及充放电的使用条件，特别设计了ER6系列产品（充放电应对品）。详细情况请联系我们。2.2损耗角的正切值tan δ 用于脉动电路中的铝电解电容器，实际上要消耗一部分的有功功率，这可以用损耗角的正切值来表征。损耗角的正切值为在正弦电压下有功功率与无功功率的比值。对于电解电容器较常采用的等效电路，如图6，则损耗角的正切值为：图6等效串联电路图

陶瓷电容及其介质

贴片电容贴片电容(单片陶瓷电容器)是目前用量比较大的常用元件，就AVX公司生产的贴片电容来讲有NPO、X7R、Z5U、Y5V等不同的规格，不同的规格有不同的用途。下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用以及采购中应注意的订货事项以引起大家的注意。不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法，这里我们引用的是AVX公司的命名方法，其他公司的产品请参照该公司的产品手册。NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。一NPO电容器 NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。 NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55℃到125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。NPO电容的漂移或滞后小于±0.05%，相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。下表给出了NPO电容器可选取的容量范围。封装DC=50V DC=100V 0805 0.5---1000pF 0.5---820pF 1206 0.5---1200pF 0.5---1800pF 1210 560---5600pF 560---2700pF 2225 1000pF---0.033μF 1000pF---0.018μF NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。二X7R电容器 X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到125℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。 X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%ΔC，表现为10年变化了约5%。 X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。下表给出了X7R电容器可选取的容量范围。封装DC=50V DC=100V 0805 330pF---0.056μF 330pF---0.012μF 1206 1000pF---0.15μF 1000pF---0.047μF 1210 1000pF---0.22μF 1000pF---0.1μF 2225 0.01μF---1μF 0.01μF---0.56μF 三Z5U电容器 Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围，对于Z5U 电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下 Z5U电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率最大可达每10年下降5%。

变压器损耗分为铁损和铜损

变压器损耗分为铁损和铜损,铁损又叫空载损耗,就是其固定损耗,实是铁芯所产生的损耗(也称铁芯损耗,而铜损也叫负荷损耗,1、变压器损耗计算公式（１）有功损耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ -------（１）（２）无功损耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ -------（２）（３）综合功率损耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ ----（３）Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ式中：Ｑ０——空载无功损耗（ｋｖａｒ）Ｐ０——空载损耗（ｋＷ）ＰＫ——额定负载损耗（ｋＷ）ＳＮ——变压器额定容量（ｋＶＡ）Ｉ０％——变压器空载电流百分比。ＵＫ％——短路电压百分比 β——平均负载系数ＫＴ——负载波动损耗系数ＱＫ——额定负载漏磁功率（ｋｖａｒ）ＫＱ——无功经济当量（ｋＷ／ｋｖａｒ）上式计算时各参数的选择条件：（１）取ＫＴ＝１.０５；（２）对城市电网和工业企业电网的６ｋＶ～１０ｋＶ降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；（３）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝２０％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝７５％；（４）变压器运行小时数Ｔ＝８７６０ｈ，最大负载损耗小时数：ｔ＝５５００ｈ；（５）变压器空载损耗Ｐ０、额定负载损耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，见产品资料所示。 2、变压器损耗的特征Ｐ０——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。ＰC——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。变压器的全损耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC 变压器的损耗比=ＰC /Ｐ０变压器的效率=ＰＺ/（ＰＺ+ΔＰ），以百分比表示；其中ＰＺ为变压器二次侧输出功率。一、变损电量的计算：变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。铁损与运行时间有关，铜损与负荷大小有关。因此，应分别计算损失电量。1、铁损电量的计算：不同型号和容量的铁损电量，计算公式是：铁损电量（千瓦时）=空载损耗（千瓦）×供电时间（小时）配变的空载损耗（铁损），由附表查得，供电时间为变压器的实际运行时间，按以下原则确定：

损耗的说明

在电子电路中，退耦是什么意思？有起滤波作用的所谓滤波电阻吗？所谓退耦，既防止前后电路网络电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流冲动对网络的正常工作产生影响。换言之，退耦电路能够有效的消除电路网络之间的寄生耦合。退耦滤波电容的取值通常为47~200μF，退耦压差越大时，电容的取值应越大。所谓退耦压差指前后电路网络工作电压之差。如下图为典型的RC退耦电路，R起到降压作用：大家看到图中，在一个大容量的电解电容C1旁边又并联了一个容量很小的无极性电容C2 原因很简单，因为在高频情况下工作的电解电容与小容量电容相比，无论在介质损耗还是寄生电感等方面都有显著的差别（由于电解电容的接触电阻和等效电感的影响，当工作频高于谐振频率时，电解电容相当于一个电感线圈，不再起电容作用）。在不少典型电路，如电源退耦电路，自动增益控制电路及各种误差控制电路中，均采用了大容量电解电容旁边并联一只小电容的电路结构，这样大容量电解电容肩负着低频交变信号的退耦，滤波，平滑之作用；而小容量电容则以自身固有之优势，消除电路网络中的中，高频寄生耦合。在这些电路中的这一大一小的电容均称之为退耦电容。还有些电路存在一些设置直流工作点的电阻，为消除其对于交流信号的耦合或反馈作用就需要在其上并联适当的电容来减少对交流信号的阻抗。这些电容均起到退耦作用称之为退耦电容。什么是旁路电容、去耦电容、滤波电容?作用是什么? 滤波电容——用在电源整流电路中，用来滤除交流成分，使输出的直流更平滑。去耦电容——用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。旁路电容——用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。去耦电容的作用：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件供局部化的DC电压源，它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。旁路电容的作用：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。

电容器损耗测量误差及其分析

第31卷第6期2010年12月电力电容器与无功补偿 Pow er Capac itor&R eactive Pow er Compensa ti on V o.l31N o.6 D ec.2010 收稿日期:2010 06 02 作者简介:刘尔宁(1979 ),女,助理工程师,主要从事电力电容器工艺技术工作。设计与研究电容器损耗测量误差及其分析刘尔宁 (西安西电电力电容器有限责任公司,陕西西安710082) 摘要:对于原材料介质相同,在同一真空罐内进行真空干燥浸渍处理的几种电压等级、容量相同的电容器,做出厂试验时,损耗角正切tan 测量值相差较大,对引起电容器损耗角正切tan 测量误差的原因进行分析,提出了改进措施。关键词:电容器; 损耗测量; 误差; 分析中图分类号:T M531.4 文献标识码:B 文章编号:1674 1757(2010)05 0029 03 LossM easure m ent Error and A nalysis of C apacit or LIU E r ning (X i an the E lectr i c Po w er Capacito r Co.,Ltd.,X i an710082,Ch i n a) Abst ract:Fo r the capac itors,w hich w ith sa m e m ed i u m for ra w m aterials,several vo ltage grades, sa m e capac ity,and i m pregnated in the sa m e vacuum,duri n g its rou ti n e tes,t the d ifference of the loss tangentm easured va l u e is h i g h.The reasons,wh ich causes the tan m easure m en t error o f ca pacito r,is analyzed,and t h e i m prove m ent m easures is pr oposed. K eyw ords:capacito r;l o ss m easure m en;t error;ana l y sis 0 引言电力电容器介质损耗角正切值(以下简称电容器tan )是电力电容器的重要质量指标之一,电容器tan 的测量对于判断电容器设备的绝缘状况是比较有效的方法。电容器tan 是在交流电压作用下,电介质中的电流有功分量与无功分量的比值。在一定的电压和频率下,他反映电介质内单位体积中能量损耗的大小,他与电介质的体积尺寸大小无关。因此,较准确测量电容器tan 数值,能直接了解电容器内部介质绝缘情况。 1 电容器tan 的分析电容器tan 与电容器的电导损耗、电介质损耗以及介质的极化损耗等有关[1 3]。电介质损耗包括固体介质损耗以及液体浸渍剂的损耗;电导损耗主要取决于电容器内部的金属导体,如连接片、内熔丝和放电电阻等,以及相互连接锡焊处的接触电阻;介质的极化损耗主要包括介质内部杂质离子的极化损耗。由上述分析可知,电容器介质损耗(如聚丙烯薄膜、浸渍剂等)基本上是由原材料决定的;电导损耗与设计参数选择有一定关系;而锡焊连接、浸渍剂的净化处理和除去介质材料中的水分,以及制造过程中各种杂质的污染等,均与制造过程的质量控制有直接关系,尤其是电容器真空干燥处理的效果直接影响电容器损耗(tan )。但同一时期生产的各种电容器,原材料介质相同,在同1个真空罐内处理的几种电压等级的电容器(容量基本相同),在出厂试验时发现电容器tan 测试值相差较大[4 6]。例如型号为

变压器损耗原理及计算方法

变压器损耗原理及计算方法变压器的损耗分为铁损和铜损,铁损又叫空载损耗,就是其固定损耗,实是铁芯所产生的损耗(也称铁芯损耗,而铜损也叫负荷损耗,1、变压器损耗计算公式（１）有功损耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ-------（１）（２）无功损耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ-------（２）（３）综合功率损耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ----（３）Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ式中：Ｑ０——空载无功损耗（ｋｖａｒ）Ｐ０——空载损耗（ｋＷ）ＰＫ——额定负载损耗（ｋＷ）ＳＮ——变压器额定容量（ｋＶＡ）Ｉ０％——变压器空载电流百分比。ＵＫ％——短路电压百分比 β——平均负载系数ＫＴ——负载波动损耗系数ＱＫ——额定负载漏磁功率（ｋｖａｒ）ＫＱ——无功经济当量（ｋＷ／ｋｖａｒ）上式计算时各参数的选择条件：（１）取ＫＴ＝１.０５；（２）对城市电网和工业企业电网的６ｋＶ～１０ｋＶ降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；（３）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝２０％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝７５％；（４）变压器运行小时数Ｔ＝８７６０ｈ，最大负载损耗小时数：ｔ＝５５００ｈ；（５）变压器空载损耗Ｐ０、额定负载损耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，见产品资料所示。 2、变压器损耗的特征Ｐ０——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。ＰC——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。变压器的全损耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC 变压器的损耗比=ＰC/Ｐ０变压器的效率=ＰＺ/（ＰＺ+ΔＰ），以百分比表示；其中ＰＺ为变压器二次侧输出功率。一、变损电量的计算：变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。铁损与运行时间有关，铜损与负荷大小有关。因此，应分别计算损失电量。 1、铁损电量的计算：不同型号和容量的铁损电量，计算公式是：

电力电容器的损耗、损耗角正切和等值电路

电力电容器的损耗、损耗角正切和等值电路电力电容器是一种实际电容器、不是理想电容器，在外施交流电压的作用下，除了会输出一定容量的无功功率Q之外，在电容器的内部介质中、在电容器的极板（铝箔）中、引线等导体中，以及在瓷瓶间的漏泄电流等都会产生一定的有功损耗功率P。通常把电容器的有功功率P与无功功率Q 的比值称做为该电容器的损耗角正切，并用下式表示：式中：tanδ—电容器的损耗角正切（％）； P—电容器的有功功率（W）； Q—电容器的无功功率（var）正因为电力电容器不是理想电容器，所以通常要用一个等值电路来表示。（1）串联等值电路在此等值电路中，理想电容器C产生的无功功率为：式中：Q C—电容器的无功功率（var）； X C—电容器C的容抗（Ω）； I C—流过电容器的电流（A）而在此电路中由电阻r产生电容器的损耗功率为：式中：P r—由r产生的等值损耗功率I r—流经等值电阻r的电流由式（1）、（2）、（3）可得：由式（6）可知，当tanδ值很小（例如全膜电容器），X C也很小时（例如大容量集合式电容器），其等值串联电阻也十分微小（通常只有10－3～10－4Ω）。所以在测量大容量全膜介质电容器时，一定要尽一切可能降低测量回路中的接触电阻和导线电阻，以减小测量误差。（2）并联等值电路

电力电容器除了可用图1所示的串联等值电路来表示外，也可用图2所示的并联等值电路来表示。由图2可得：式中：U R—等值电路两端的电压（V）； U C—理想电容器两端的电压（V）； X C—电容器的容抗（Ω）从图2中可知：U R＝U C，所以由式（9）可以看出，对于低损耗的全膜电容器其并联等值电阻是相当大的，当在电容器内部并联放电电阻会降低其等值电阻R，从而使电容器的实际损耗和损耗角正切增大。在实际工作中，如能根据具体情况灵活的使用电容器的串联等值电路和并联等值回路，可以给我们的工作带来方便。薄膜电容电气参数定义及特性（等效电路，问独特性，绝缘电阻） 1 等效电路及等效参数的特性薄膜电容一般具有如下的等效电路模式： C: 标称电容 L: 等效串联电感( 端脚，金属敷片，绕组等所寄生)

电容器的主要参数有哪些

电容器的主要参数有哪些? 电容器的主要参数有标称容量（简称容量）、允许偏差、额定电压、漏电流、绝缘电阻、损耗因数、温度系数、频率特性等。（一）标称容量标称容量是指标注在电容器上的电容量。电容量的基本单位是法拉（简称法），用字母“F”表示。比法拉小的单位还在毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF），它们之间的换算关系是： 1F=1000mF 1mF=1000μF 1μF=1000nF 1nF=1000pF 其中，微法（μF）和皮法（pF）两单位最常用。在实际应用时，电容量在1万皮法以上电容量，通常用微法作单位，例如：0.047μF、0.1μF、2.2μF、47μF、330μF、4700μF等等。电容量在1万皮法以下的电容器，通常用皮法作单位，例如：2pF、68 pF、100 pF、680 pF、5600 pF等等。标称容量的标注方法有直标法、文字符号标注法和色标法等，具体的识别方法将在以后的内容中作详细介绍。（二）允许偏差允许偏差是指电容器的标称容量与实际容量之间的允许最大偏差范围。电容器的容量偏差与电容器介质材料及容量大小有关。电解电容器的容量较大，误差范围大于±10%；而云母电容器、玻璃釉电容器、瓷介电容器及各种无极性高频在机薄膜介质电容器（如涤纶电容器、聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器

等）的容量相对较小，误差范围小于±20%。（三）额定电压额定电压也称电容器的耐压值，是指电容器在规定的温度范围内，能够连续正常工作时所能承受的最高电压。该额定电压值通常标注在电容器上。在实际应用时，电容器的工作电压应低于电容器上标注的额定电压值，否则会造成电容器因过压而击穿损坏。（四）漏电流电容器的介质材料不是绝艰绝缘体，宁在一定的工作温度及电压条件下，也会有电流通过，此电流即为漏电流。一般电解电容器的漏电流略大一些，而其它类型电容器的漏电流较小。（五）绝缘电阻绝缘电阻也称漏电阻，它与电容器的漏电流成反比。漏电流越大，绝缘电阻越小。绝缘电阻越大，表明电容器的漏电流越小，质量也越好。（六）损耗因数损耗因数也称电容器的损耗角正切值，用来表示电容器能量损耗的大小。该值越小，说明电容器的质量越好。（七）温度系数温度系数是指在一定温度范围内，温度每变化1℃时，电容器容量的相对变化值。温度系数值越小，电容器的性能越好。（八）频率特性频率特性是指电容器对各种不同高低的频率所表现出的性能（即电容量等电参数随着电路工作频率的变化而变化的特性）。不同介质材料的电容器，其最高工作频率也不同，例如，容量较大的电容器（如电解电容器）只能在低频电路中正常工作，高频电路中只能使用容量较小的高频瓷介电容器或云母电容器等。信息来源：慧聪电子【我来说两句】【推荐给朋友】【关闭窗口】

变压器损耗计算公式

系统最小负荷时，其无功当量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；（３）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝２０％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝７５％；（４）变压器运行小时数Ｔ＝８７６０ｈ，最大负载损耗小时数：ｔ＝５５００ｈ；（５）变压器空载损耗Ｐ０、额定负载损耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，见产品资料所示。 2、变压器损耗的特征Ｐ０——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。ＰC——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。变压器的全损耗ΔＰ=Ｐ０+ＰC 变压器的损耗比=ＰC /Ｐ０变压器的效率=ＰＺ/（ＰＺ+ΔＰ），以百分比表示；其中ＰＺ为变压器二次侧输出功率。一、变损电量的计算：变压器的损失电量有铁损和铜损两部分组成。铁损与运行时间有关，铜损与负荷大小有关。因此，应分别计算损失电量。

什么是电容器损耗角正切值

什么是电容器损耗角正切值正如名词本身“电容损耗角正切值”，就是电容的电损耗的比例；如果对一个电容加上一个电压，除了对电容充电的电流外还有漏掉的电流（电容的漏电流），漏电流被消耗成了热能，因此表示为电阻上的电流。漏电流与纯电容的充电电流之比就是电容损耗角正切值（注意：理论上纯粹的电容是不耗电功率的）。我们国家对于浸渍全纸介质单元，其值应不大于0.0040；对于浸渍纸膜复合介质单元，其值应不大于0.0022；其值对于浸渍全膜介质单元，应不大于0.0015. 单元在其电介质允许最高运行温度下的损耗角正切值应不超过上述相应的规定值。 1、介质损耗什么是介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。 2、介质损耗角δ 在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角Φ)的余角(δ)。简称介损角。 3、介质损耗正切值tgδ 又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定义如下: 如果取得试品的电流相量和电压相量，则可以得到如下相量图：总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成，因此：这正是损失角δ=(90°-Φ)的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量δ或者Φ得到介损因数。测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大。进一步就可以分析绝缘下降的原因，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。测量介损的同时，也能得到试品的电容量。如果多个电容屏中的一个或几个发生短路、断路，电容量就有明显的变化，因此电容量也是一个重要参数。

电容器中电介质的作用

电容器中电介质的作用山东省肥城市第一高级中学于茂刚 271600 高中教材在提到电介质对平行板电容器的电容的影响时，只是通过演示实验就直接得出了结论：当两极板间充满同一种电介质时，电容变大为真空时的r ε倍，即kd S C r πε4= ，r ε 是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。学生只能记住结论，对电介质的特性和电介质对电容的影响机理产生疑惑，就此谈一下电容器中电介质的作用。电介质不同于金属，电介质的电阻率一般都很高,称为绝缘体，介质中没有（或几乎没有）能够自由移动的电荷，这种电荷叫做束缚电荷。在电场中静电平衡条件下，电介质的内部仍有电场存在。在外电场作用下，电介质的表面将出现正负束缚电荷，这就是电介质的极化现象。如图所示，由于极化，在电介质中的极化电场 E ′（图中方向向左）削弱了没有电介质时的电场 E （图中方向向右）。由此可见，在两个极板之间的合电场强度的大小比 E 小。实验和理论证明，在这种情况下，电介质内的合电场强度为E/r ε.如果极板之间充满相对介电常数为r ε的电介质，则极板之间的合电场强度为E/r ε ，这时的电容器在容纳的电荷量一定的情况下，两极板之间的电势差比没有电介质时小，根据 U Q C =，知这时相当于电容器的电容增大了。两极板间如果不加电介质的话,两极板间会被空气占据，空气有一定的导电能力,因而电容器存储电荷的能力会弱一些,而加入电介质后,电容正负极板的绝缘性能就要比没有电介质时好,也

就是存储电荷的能力提高了,所以电容也就升高了，电容器中间的电介质起到了提高电容容量的作用。例如：在两极板间相距为d 的平行板电容器中，（1）插入一块厚为d/2的金属大平板（此板与两极板平行），其电容变为原来的多少倍？（2）如果插入一块厚为d/2相对介电常数为r ε的电介质大平板，则又会如何？（3）如果插入一块厚为d 相对介电常数为r ε的电介质大平板，则又会如何？解析：（1）插入一块厚为d/2的金属大平板时，在电场作用下，在金属板处于静电平衡状态，内部电场强度处处为0,整个金属大平板是一个等势体，整个金属大平板上没有电压降，两极板之间的距离缩短为d/2，极板间的电场强度E 未变（因为E ,Cd Q d U == , C 、d 成反比，C 、d 乘积不变，所以E 不变），所以两极板间的电压2'd E U ?=,所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知，此时的电容器的电容变为原来的2倍。（2）插入一块厚为d/2相对介电常数为r ε的电介质大平板时，两极板之间的电压'U =r r r Ed d E d E εεε2122+?=?+?,所以所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知, 此时的电容器的电容变为原来的r r εε+12倍。（3）插入一块厚为d 相对介电常数为r ε的电介质大平板，两极板间充满了这种电介质。两极板间的电压'U =d E r ?ε，所以所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知, 此时的电容器的电容变为原来的r ε倍。思考：为什么不采用插入金属板的方式来增大电容器的电容？因为电容器极板之间需要保持良好的绝缘性，所以只能采用插入电介质的方式来增大电容器的电容。

变压器的损耗计算分析

变压器的损耗计算分析在电力系统中变压器是利用效率最高的电气设备之一，一般中、小变压器都可达96~98％。在电力系统中，累积变压器的总损耗可占20~25％。（一）变压器的空载损耗此损耗包括铁芯中磁滞和涡流损耗及空载电流在初级线圈电阻上的损耗，前者称为铁损后者称为铜损。由于空载电流很小，后者可以略去不计，因此，空载损耗基本上就是铁损。影响铁损的因素很多，以数学式表示，则式中P n、P w——表示磁滞损耗和涡流损耗 k n、k w——常数 f——变压器外施电压的频率赫 B m——铁芯中最大磁通密度韦／米2 n——什捷因麦兹常数，对常用的硅钢片，当B m=（1．0～1．6）韦／米2时，n≈2，对目前使用的方向性硅钢片，取2．5～3．5。根据变压器的理论分析，科假定初级感应电势为E1（伏），则： E1=K f B m（2） K为比例常数，由初级匝数及铁芯截面积而定，则铁损为：由于初级漏阻抗压降很小，若忽略不计， E1=U1 （4）可见，变压器的铁损与外施电压有很大关系如果电压V为一定值，则铁损不变，（因为f不变），又因为正常运行时U1=U1N，故空载损耗又称不变损耗．如果电压波动，则空载损耗即变化。（二）负载损耗此损耗是指变压器初、次级线圈中电流在电阻上产生的铜损耗及励磁电流在励磁电阻上产生的铁损耗。当电流为额定电流时，后者很小，可以不计，故主要是电流在初、次级线圈电阻上的铜损。对三相变压器在任意负载时，铜耗表达式：

式中I1——初级线圈的负载电流 I2’——次级线圈折算到初级的电流 R1——初级线圈的电阻 R2’——次级线圈折算得初级的电阻由上式可见，变压器的铜损和负载电流的平方成正比。考虑到负载运行时，负载电流的变化，故此损耗又称可变损耗。若令β表示负载系数,即则铜损式中～线圈电流为额定值时的铜损。（三）附加损耗此损耗包括附加铁损及附加铜损，由于这两种损耗数量很小，又难以测定，可以不计。总之，变压器的损耗主要是不变损耗和可变损耗。变压器的效率，其计算公式如果负载的性质一定，令φ2表示功率因数角，则在额定电压下，三相变压器输出功率 S N——变压器的额定容量。输入功率，可根据功率平衡得到（8）式表明变压器的效率和其额定容量初、负载的性质与大小以及变压器本身的损耗有关。

各种电容器的分类及特点

各种电容器的分类及特点电容器是电子设备中常用的电子元件，下面对几种常用电容器的结构和特点作以简要介绍，以供大家参考。 1．铝电解电容器：它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质，插人一片弯曲的铝带做正极制成。还需经直流电压处理，做正极的片上形成一层氧化膜做介质。其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性，适于电源滤波或低频电路中，使用时，正、负极不要接反。 2．钽铌电解电容器：它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。其特点是：体积小、容量大、性能稳定、寿命长。绝缘电阻大。温度性能好，用在要求较高的设备中。 3．陶瓷电容器：用陶瓷做介质。在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜作极板制成。其特点是：体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适用于高频电路。铁电陶瓷电容容量较大，但损耗和温度系数较大，适用于低频电路。 4．云母电容器：用金属箔或在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是：介质损耗小、绝缘电阻大。温度系数小，适用于高频电路。 5.薄膜电容器：结构相同于纸介电容器，介质是涤纶或聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介质常数较高，体积小、容量大、稳定性较好，适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容器，介质损耗小、绝缘电阻高，但温度系数大，可用于高频电路。 6.纸介电容器：用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中制成。它的特点是体积较小，容量可以做得较大。但是固有电感和损耗比较大，适用于低频电路。 7、金属化纸介电容器：结构基本相同于纸介电容器，它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代金属箔，体积小、容里较大，一般用于低频电路。 8、油浸纸介电容器：

平行板电容器中介质的受力

平行板电容器中介质的受力分析谢伟华（中国科学技术大学物理学院1班）引言：介质从平行板电容器中抽出要受到引力，我们用虚功原理很容易得到这个结论，但是平行板电容器产生的电场是与介质表面垂直的，那么这个力是如何产生的，我们就来讨论一下这个问题。一、用静电能求静电力设极板长为L，宽为a，面积为S，板间距离为d，极板间电压为U恒定不变，电介质介电常数为ε 由虚功原理易得F=?W ?y =1 2 U2dC dy =(ε?ε0)a 2d U2

用这种方法无法看出这个力从何而来。所以我们采用下面的方法。二、用库仑定律求受力电介质在电场中极化成电偶极子，下面先求一个电偶极子在电场中受的力。设负电荷处电场为为E(r),正电荷处电场为E(r+l),由于l远小于电介质的线度，所以用泰勒展开得： E r+l=E r+l x? ?x E r+l y? ?y E r+ l z? ?z E r=E(r)+(l·?)E(r) 所以电偶极子受到的合力为p·?E r 对于一个体积为V的电介质(下面的E都是总电场，因为体电荷元在自身处产生的电场为0) F=(P·?)E dV=(ε?ε0)(E·?)E dV =1 2 (ε?ε0)?E2dV X与Z方向均为0，所以可以变为 1 2(ε?ε0)j?E2 ?Y dV 在极板内部电场是均匀为U d ，外部电场为0，所以只需计算边缘那一部分，且上式积分号内部可化为: ΔE2ΔY ?V=ΔE2 ΔY ?X?Y?Z=?E2?X?Z=U2 d ?X?Z

则F=1 2(ε?ε0)j U2 d2 dXdZ=(ε?ε0)a 2d U2j 与用静电能求得结果一样。结论：从计算过程中可以看出，这种力产生的原因是电场由U d 跃迁到0造成的，这是理想化模型的弊端，以致于我们想不明白这个力从何而来。实际中，电场不可能一下子变成零，边缘处也是有电场的。所以我们考虑问题应从实际出发，理论只是一个工具，不代表一切。【参考文献】【1】胡友秋，《电磁学与电动力学》，科学出版社，2014.6 【2】赵凯华，《电磁学》，高等教育出版社，2006.12

电容的识别方法详解

电容的识别方法详解电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。其中：1法拉=103 毫法（mF）=10 6 微法（uF）=10 9 纳法（nF）=10 12 皮法（pF）即：1 u F＝103 nF ；1 nF＝10 -3 u F ；1 u F＝10 6 pF ；1 pF＝10 -6 u F 容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10uF/16V。容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示。 ●字母表示法：1m=1000 uF；1P2=1.2PF；1n=1000PF ●数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：102表示10×102 PF=1000PF ；224表示22×10 4 PF=0.22 u F 1. 直标法容量单位：F（法拉）、μF（微法）、nF（纳法）、pF（皮法或微微法）。 1法拉（F）=106 微法（uF）=10 12 微微法（pF）； 1微法（uF）=103 纳法（nF）=10 6 微微法（pF）；1纳法（nF）=10 3 微微法（pF） 4n7 表示4.7nF或4700pF ；0.22 表示0.22μF；51 表示51pF 。有时用大于1的两位以上的数字表示单位为pF的电容，例如101表示100 pF。用小于1的数字表示单位为μF 的电容，例如0.1表示0.1μF。 2. 数码表示法一般用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。前两位为有效数字，后一位表示位率。即乘以10n ，n为第三位数字。如223J代表22×10 3 pF＝22000pF＝0.022μF，允许误差为±5% ，这种表示方法最为常见。 3. 色码表示法这种表示法与电阻器的色环表示法类似，颜色涂于电容器的一端或从顶端向引线排列。色码一般只有三种颜色，前两环为有效数字，第三环为位率，单位为pF。有时色环较宽，如红红橙，两个红色环涂成一个宽的，表示22000pF。小型电解电容器的耐压也有用色标法的，位置靠近正极引出线的根部，所表示的意义如下表所示。色标法就是用不同颜色的色带或色点，按规定的方法在电容器表面上标志出其主要参数码相的标志方法。电容器的标称值、允许偏差及工作电压均可采颜色进行标志，其规定见下表图。电容器主要参数的色标规定

电容器损耗角正切值

什么是正如名词本身“电容损耗角正切值”，就是电容的电损耗的比例；如果对一个电容加上一个电压，除了对电容充电的电流外还有漏掉的电流（电容的漏电流），漏电流被消耗成了热能，因此表示为电阻上的电流。漏电流与纯电容的充电电流之比就是电容损耗角正切值（注意：理论上纯粹的电容是不耗电功率的）。我们国家对于浸渍全纸介质单元，其值应不大于0.0040；对于浸渍纸膜复合介质单元，其值应不大于0.0022；其值对于浸渍全膜介质单元，应不大于 0.0015。单元在其电介质允许最高运行温度下的损耗角正切值应不超过上述相应的规定值。 1、介质损耗什么是介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。 2、介质损耗角δ 在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角Φ)的余角(δ)。简称介损角。 3、介质损耗正切值tgδ 又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定义如下: 如果取得试品的电流相量和电压相量，则可以得到如下相量图：总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR合成，因此：

这正是损失角δ=(90°-Φ)的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量δ或者Φ得到介损因数。测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大。进一步就可以分析绝缘下降的原因，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。测量介损的同时，也能得到试品的电容量。如果多个电容屏中的一个或几个发生短路、断路，电容量就有明显的变化，因此电容量也是一个重要参数。