电容、高压电容简介

　　电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母C表示。电容器是电子线路中的重要元件，具有“隔直流、通交流”、整流、滤波、电路耦合、高频旁路以及相移等作用。电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值，叫电容器的电容。

一、电容器的作用

　　电容器的基本作用就是充电与放电，但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的用途，例如在电动马达中，我们用它来产生相移;在照相闪光灯中，用它来产生高能量的瞬间放电等等;而在电子电路中，电容器不同性质的用途尤多，这许多不同的用途，虽然也有截然不同之处，但因其作用均来自充电与放电。下面是一些电容的作用列表：

　　耦合电容：用在耦合电路中的电容称为耦合电容，在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路，起隔直流通交流作用。

　　滤波电容：用在滤波电路中的电容器称为滤波电容，在电源滤波和各种滤波器电路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除。

　　退耦电容：用在退耦电路中的电容器称为退耦电容，在多级放大器的直流电压供给电路中使用这种电容电路，退耦电容消除每级放大器之间的有害低频交连。

　　高频消振电容：用在高频消振电路中的电容称为高频消振电容，在音频负反馈放大器中，为了消振可能出现的高频自激，采用这种电容电路，以消除放大器可能出现的高频啸叫。

　　谐振电容：用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容，LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路。

　　旁路电容：用在旁路电路中的电容器称为旁路电容，电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容电路，根据所去掉信号频率不同，有全频域(所有交流信号)旁路电容电路和高频旁路电容电路。

　　中和电容：用在中和电路中的电容器称为中和电容。在收音机高频和中频放大器，电视机高频放大器中，采用这种中和电容电路，以消除自激。

　　定时电容：用在定时电路中的电容器称为定时电容。在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用。

　　积分电容：用在积分电路中的电容器称为积分电容。在电视场扫描的同步分离级电路中，采用这种积分电容电路，以从行场复合同步信号中取出场同步信号。

　　微分电容：用在微分电路中的电容器称为微分电容。在触发器电路中为了得到尖顶触发信号，采用这种微分电容电路，以从各类(主要是矩形脉冲)信号中得到尖顶脉冲触发信号。

　　补偿电容：用在补偿电路中的电容器称为补偿电容，在卡座的低音补偿电路中，使用这种低频补偿电容电路，以提升放音信号中的低频信号，此外，还有高频补偿电容电路。

　　自举电容：用在自举电路中的电容器称为自举电容，常用的OTL功率放大器输出级电路采用这种自举电容电路，以通过正反馈的方式少量提升信号的正半周幅度。

　　分频电容：在分频电路中的电容器称为分频电容，在音箱的扬声器分频电路中，使用分频电容电路，以使高频扬声器工作在高频段，中频扬声器工作在中频段，低频扬声器工作在低频段。

二、高压电容

　　高压电容主要由出线瓷套管、电容元件组和外壳等组成。

　　外壳由薄钢板密封焊接而成，出线瓷套管焊接在外壳上。接线端子从出线瓷套管中引出。外壳内的电容元件组(又称为芯子)由若干个电容元件连接而成。

　　电容元件是由电容器纸、膜纸复合或纯薄膜作为工作介质，用铝铂作极板卷制而成的。为适应各种电压等级电容器耐压的要求，电容元件可串联或并联。单台三相电容器的电客元件组在外壳内部接成三角形。在电压为10kV及以下的高压电容内，每个电容元件上都串有一个熔丝，作为电容器的内部短路保护。

　　有些电容器设有放电电阻，当电容器与电网断开后，能够通过放电电阻放电，一般情况下10min后电容器残压可降至75V以下。

　　高压电容具有耗损低、质量轻的特点，主要作用有：

　　1、在输电线路中，利用高压电容可以组成串补站，提高输电线路的输送能力。

　　2、在大型变电站中，利用高压电容可以组成静止型相控电抗器式动态无功补偿装置(SVC)，提高电能质量。

　　3、在配电线路末端，利用高压电容可以提高线路末端的功率因数，保障线路末端的电压质量。

　　4、在变电站的中、低压各段母线，均装有高压电容，以补偿负荷消耗的无功，提高母线侧的功率因数。

　　5、在有非线性负荷的负荷终端站，也会装设高压电容，作为滤波用。

三、电容测量方法

　　(一)电桥法测电容

　　电桥法测电容，准确度较高。常用的有通用的韦恩电桥、西林电桥和感应耦合比例臂电桥等。

　　1、通用电桥：携带、使用方便，准确度稍低，误差一般为±1%，测量范围为数皮法到数百微法(见经典交流电桥)，适合于工厂现场使用。

　　2、西林电桥：其特点是可在工频高电压下测量电容(见介质损耗因数测量)。精密西林电桥的测量准确度较高，包括标准电容器在内的测量误差为±0.5~0.05%。测量范围为数皮法到数十微法。

　　3、感应耦合比例臂电桥：测量频率可为工频或1千赫，测试电压可为低压或高压，包括标准电容器在内的测量误差为±0.2～0.02%。测量范围为数皮法到数十微法，适用于准确度要求较高的电容测量。

　　电桥法测量电容是利用交流电桥的桥臂阻抗匹配完成的，交流电桥与直流电桥不同，交流电桥的桥臂是阻抗，而直流电桥的桥臂是电阻;交流电桥的电源是正弦交流电源，而直流电桥的电源是直流电源;交流电桥的平衡指示器能够指示微小的交流电压，而直流电桥能够指示微小的直流电压。常用的韦恩电桥如下图所示。

　　根据电桥平衡原理可以得到：

　　化简，根据实部和虚部分别相等，可以得到：

　　(二)转移法测电容

　　1、恒流充放电

　　转移法中比较常用的电容测量的方法，使用恒流源对电容充放电，使用电容的定义来测量电容，其实质是将电容值转移成电压和时间，只需要测量电压和时间即可以通过计算得出对于的被测电容值，计算公式为：

　　i=Cdv/dt→C=idt/dv

　　所以只要使用高精度的恒流源对电容进行反复充放电，使用高速处理器测量出dt/dv，然后就可以很容易计算出电容了。

　　电容测量原理是恒流源给所测电容线性充电，充到一定电压后再以相同电流放电，充放电波形如下图所示。

　　所测电容量为C=IΔt/Δu，电压Δu通过比较电路设计成定值，并通过测量比较电路输出脉冲的频率，得到充电或放电时间Δt，然后就可计算得到电容值。

　　2、恒流充电

　　恒流充放电是将电容转换为频率进行测量，需要测量很多个充放电周期，但是测量时对于不同的电容要调节门限，避免出现电容饱和导致的非线性问题的出现。同时需要处理充放电导致的过冲问题，如果过冲过大也会出现非线性的问题。同时恒流充放电需要正负两个恒流源，相对增加了成本。

　　如果只使用一个恒流源，测量电容的充电波形，放电使用一个电阻放电，并严格按照定义进行测量，测量相对比较短的时间Δt内的Δu的变化，这样就可以近似保证很好的线性度。测量使用一个定时器和一个高速的ADC来完成，定时器用来定时Δt，并使用ADC来测量电压，得出Δu，通过计算得出被测电容值。

　　充电电路如下图所示，通过一个恒流源对电容进行充电，并检测电容两端电压，保证电容不会出现过压现象，当电容电压到达V_L门限时使用ADC快速测量电容电压V₁，然后精确定时Δt后快速测量电压V₁，计算得出Δt时间内的电容电压变化Δu，然后使用公式：

　　C=IΔt/Δu

　　即可计算出被测电容器的电容值。实际测量中可以反复多次测量计算平均值提高测量精度。

四、无极性高压电容的应用

　　随着元件品质和耐压的大幅提升。许多家电(如彩电、电磁炉、电子镇流器等)均用220V市电直接整流、滤波输出+300V作主电源，这样大大简化了电路.降低了电路板的成本。下图为电磁炉的主电路简图，许多故障都发生在这里。C1将外来干扰及机内产生的杂波旁路消除.起谐波吸收作用，若容量减小得不多。一般对机器的工作状态无多大影响。若主滤波电容和谐振电容任一失容.则会导致1GBT管击穿、烧毁Fu，有时会连带损坏全桥和稳压二极管ZD。因此碰到这种“一路烧”的机子。一定要检测这两只电容以及全桥和ZD，以免走弯路。

　　彩电的进电抗干扰电路更考究，用多级LC电路滤波旁路.电容容量常为0.68μF，较少出故障。电器振荡功率越大，所用电容容量越大，常见容量范围为0.1μF～2μF，无极性，耐压400V.DC(275V.AC)。而要求不高的，如节能灯。常省去不用。

　　同上耐压电容串联在市电进线中则起降压限流作用，整流后可输出低功率、小电源直流电，简单实用。广泛用在充电蚊拍、小电筒、LED灯、遥控插座等小电器中。另外，豆浆机、遥控风扇、电饭煲、电炖盅等电器的控制电路也常采用这一方式。而不用笨重的电源变压器和复杂的开关电源。须注意的是，电容降压整流电路因负荷变化会导致输出电压变化极大，可从几伏到二百多伏，应加限流电阻和稳压二极管(ZD)加以保护并灵活运用。

　　下图为电蚊拍、小电筒的充电电路。因充电电池用脉动直流充电更好，故不用电解电容滤波。正常充电时，端电压为4.5V~6V;当充电电池或引线损坏开路后，端电压会升至一二百伏。在LED灯电路中，充电时接通LED，LED易过压损坏。因此，在该类电路中，应将充电与灯开关接成互锁状态，以保安全。

　　下图为一款智能遥控插座电源简图，因长年夜间通电待机，易烧坏R和ZD。有一只1.5V石英钟，走走停停，冷天尤甚，拆开机芯加油无效。使用提高电压方法解决，于是利用旧节能灯小电路板改装，降压电容C容量用0.01μF/400V，滤波电容采用100μF/16V电解电容。输出电压升到+1.8V，石英钟工作正常。