电容镇流及应用举例

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一个电阻、电容串联电路,在电工学里是比较简单的计算题,但是人们对它的理解和实际应用到现在还在不断深入之中。

“高淳放大头”开辟了电容应用的新途径,用它来点灯丝、用它来作箝位整流,这种应用比过去人们所说的“电容降压”就深入一步了。

图1
图1 🔍原图 (200×285)

下面以点电子管807的灯丝为例来看看电容的镇流作用。图1是电容与灯丝串联的简单电路,电容上的电压U=I/ωC=l/2πfC=I/314C(f=50赫),在忽略灯丝电阻的情况下,U=220伏,所以C(微法)=I(安)/314×220(伏)=14.5I≈15I。查电子管手册知道807管的灯丝电流I=0.9安,所以,要点着807管的灯丝需要的电容C=15×0.9=13.5微法,考虑到电网电压的波动及807管灯丝需要6.3伏的电压,C取值在12~14微法均可。

用一只12~14微法、250伏的金属化纸介电容器或油浸电容器去点一只807管的灯丝时,测得U\(_{f}\)=6.3伏,当点两只串联的807管的灯丝时,仍可测得Uf1=6.3伏,U\(_{f2}\)=6.3伏。大家可以作个实验,当你点上15只串联的807管的灯丝的,还会测得每只灯丝电压仍为6.3伏左右,这样,用电容降压的概念去解释就不通了,但是电容镇流的作用却得到生动的说明。

为了说明这个问题,我们先来计算RC串联电路里电容上的压降。因为电容上的电压和电流相位不同,所以电阻、电容上的电压应矢量迭加,U\(_{c}\)\(^{2}\)+Uf2=220\(^{2}\),所以U\(_{c}\)=\(\sqrt{22}\)02-Uf\(^{2}\)=2202-6.3\(^{2}\)=220伏,当串联15只灯丝时,U\(_{c}\)=\(\sqrt{22}\)02-(Uf1+U\(_{f2}\)……+Uf15)\(^{2}\)=2202-(6.3+6.3……+6.3)\(^{2}\)=\(\sqrt{22}\)02-(6.3×15)\(^{2}\)=2202-95\(^{2}\)≈200伏,电容上的电压变化还在电网电压波动范围内,所以,电容上的电压变化不大,岂不说明电容相当于一个恒流源么。我们再来算算它的容抗,Zc=I/ωC=106/314×12≈265千欧。我们都知道,灯丝的电阻是很小的,约几欧、15只灯丝串联起来也才几十欧到一百欧,比起2.5千欧的容抗,它又显得很小,这就是说,可以把电容看作高内阻的恒流源。

注意,电容镇流还有定量供电的作用,如14微法的电容只能供应0.9安左右的电流,要它供应2安的电流是不行的,要它供应0.5安的电流也是不行的。当我们需要供应2安的电流时,按C≈15I=15×2=30微法,选用30微法、耐压250伏的电容才能提供2安的电流,同理,需要0.5安的电流,应选7.5微法、250伏电容。

综上所述,电容镇流有几个特点:

1.电容镇流可看作是一个高内阻的恒流源。

2.电容镇流对负载只是定量供应电流,多了不行,少了也不行。

3.电容是个储能元件,当它充满电荷时,对负载放电,放电到比电网电压低时,电网又给它充电,电容的反复充放电,就构成了对负载提供定量电流。

4.耐压250伏以上的电容是可以直接接入电网,此时,不消耗有功功率,但有无功功率,这对电网是无损的。

5.电容镇流点灯丝最怕电容短路,此时烧坏电子管。我们建议用金属化纸介电容器,即CZJ型,因为它造成短路的机会少。

6.电容供电时,它的两端应并联一个泄放电阻,这样,当停止用电时,电容通过电阻放电,以免电容上有电荷积累电着人。

7.在接通电源瞬间,由于电容上的电压不能突跳,在这暂态过程中电路电流很大,容易损坏电路中的元器件,因此,要在电容供电的电路中,适当地增加保护元器件的措施。

广大工农兵根据电容镇流的道理,把它应用在机器、灯具上,这里只略举几例:

1.节电灯: 线路如图2。当开关K合上时,8瓦、36伏的低压灯灭;K断开时,灯亮。在这个线路里,为了避免接通电源瞬间因电流大烧坏灯泡,加了开关K,这样,在接通电源瞬间,大电流C、K构成回路。等稳态时,开关K打开,点亮灯泡。

图2
图2 🔍原图 (327×267)

2.明、暗灯:线路见图3。当开关处于“亮”时,220伏电源直接加在15瓦白炽灯泡上;当开关处于暗时,220伏电源通过电容点亮灯泡,电容值不同,灯泡亮度不同。当灯泡在15瓦以下时,电容用CZJ0.47μ/250V;灯泡在25瓦~40瓦时,电容用CZJ1μf/250V;灯泡在60W~75W时,电容用CZJ2μf/250V;灯泡在100W~150W时,电容用CZJ4μf/250V。

图3
图3 🔍原图 (293×269)

3.车床低压灯:过去用变压器降压点低压灯,不太经济。现在可以用图4线路点低压灯。图4a为单相电源,图4b为三相电源。根据C=15I=15p/U,大家可根据需要计算电容。但用此低压灯时,一定要注意,插电源前开关K应处于合的位置,以免烧灯泡。另外,开关、焊点等不允许露在外面,就像白炽灯泡的开关,灯头带电部分不许露在外面一样,以免触电,造成事故。在接三相电源时,地线、火线不能接错。

图4
图4 🔍原图 (330×174)

4.舞台用的容抗调光灯:线路见图5,它的功率为1.6千瓦。插电源前先合上开关。图中并联的泄放电阻为500千欧、0.5瓦。(北京工业大学无线电技术短训班)

图5
图5 🔍原图 (1190×315)