电容或电感的电压_电容、电感是如何储能的？

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这个问题是许多电子初学者想知道的原则。其中，由于电感的储能方式仍存在诸多争论，本文中的观点纯粹属于个人对电感的理解。如果您对文章有疑问，您可以在官方账号上留言或添加我的个人微信进行讨论。在解释电感的储能方法之前，让我们看看电容器是如何储能的。在项目2的视频中，我们可以了解到电容器存储的能量时的电压，从能量的角度来看，我们可以称之为电场。因此，电容器是存储电场的物质。什么是电场？什么是电场？它是如何产生的？电场是电荷和变化磁场周围空间中的一种特殊物质。电容器存储的电场主要是正负两极板前电荷产生的电场。电容器如何存储电场？当电容器不存储电压时，电容器两极板之间的电荷处于平衡状态；如图1所示：图1当电容器存储电压时，两极板之间的电荷不再是平衡状态，如图2所示。这表明电容器上的电场是由于电容器两极板上的电荷不守恒造成的。图2现在假设有一个容量无限的电容，上面有+5V当电压与10个电压相同时uF电容并联时，10uF的电容上也会储存有＋5V如图3所示：图3从图3可以看出，电容器在存储电场的过程实际上是由于电源上的电荷破坏了电容器上自身的电荷平衡造成的。当电容器的电荷平衡被破坏时，电容器上有一个电场，我们称之为电容器上的电压存储。从以上内容可以总结出：电容器存储在电场中，电场是由于电容器上的电荷平衡被电压源破坏造成的。这就是电容器存储电压的基本原因。当电容器放电时，该过程实际上是在正负两极板之前进行电子转换，使两极板之间再次达到电荷平衡的过程，这是电容器放电的基本原理。详细信息将在视频中解释。

电感元件的伏安关系及储能

上表示，电感元件上某一时刻的电压与其电流的变化率成正比，因此当电流恒定时，电压为零。也就是说，电感具有通过直流和阻止交流的作用。

式中iL(0) 是电感t=0时的电流，称为电感电流的初始值。因此电感元件也是一个记忆元件，流经它的电流有记忆电压的作用。

当电感元件的电压和电流参考方向相关时，其吸收的瞬时功率表达式为：

也可以推导，从t0到t在此期间，电感元件吸收的能量为：

如设iL (t0) = 0，即电感没有储能，

它表明，电感元件在某一时刻的储能只与电感量和电流有关，而与电感两端的电压无关。

电感的储能方式

相比电容储能，电感储能的储能密度高,系统体积小、重量轻、造价降低，因此应用电感储能有潜力得到更高的能量利用率和脉冲功率，并且电感储能系统的绝缘问题相对容易解决。目前被广泛应用于等离子体物理、强激光、电磁辐射等研究领域。　　电感储能可有如下原理图说明：

图：电感储能原理图
一般的电感储能脉冲电源，包含储能电感器L、给L初级充电电源P和断路开关OS组成(如上图所示)有时需要负载ZL和L间串闭合开关cs。当L被充电后断开os当时，它会产生更高的感应电压L(di/dt)。这个装置通常可以储能10~100MJ，借助os能量脉冲可以压缩到充电时间的1/5-1/10或更小，脉冲功率可以放大到10^14—10^15W。初级电源P常为marx发生器、电池等。

此时，如果将电感与电容器进行比较，许多人可能会立即认为，当电感器没有储存能量时，也应该存在某种物质的平衡。当作者本人思考这个问题时，他产生了一个概念，即磁荷平衡。但不幸的是，人类还没有证明磁荷的存在。但当电感处于平衡状态时，确实存在某种磁场物质的平衡。这种物质被称为磁性类。这里没有详细描述磁性类的概念。但它类似于电容器的储能方法。但磁性类是磁场世界中的一种物质，它对应于电场中的电荷。当你对磁性类没有深入的了解时，你可以简单地将磁性类理解为磁性介质中无数随机排列的小磁铁。在没有磁场的环境中，这堆小磁铁会相互抵消各自的磁场，处于平衡状态，使磁性介质不表现磁性，如图4所示：图4显示，当没有电感流过电流时，电感中磁芯内的磁类也处于平衡状态。这与没有电压的电容器，两极板之间的电荷处于平衡状态相同。图5 平衡磁分布。当电感流过电流时，由于电流中会有磁场，当电流磁场通过磁芯时，电流磁场会打破磁类的平衡状态，使磁类同时倾向于外部磁场的方向。然后导致磁芯在此时显示磁场。这个磁芯磁场从来没有>过程，实际上是电感存储磁场的过程。从图6中可以看出，由于电流磁场，电感磁芯内部磁分布不平衡。当磁分布不平衡时，磁芯将显示外部磁场。此时，我们称之为电感器有能量。它类似于当电容器有电压时，两极之间的电荷不守恒。当外部电源被移除时，电感上的磁类将恢复到原来的平衡状态。此时，磁芯上的磁场会慢慢变小，因为变化的磁场会产生电场，这就是电感续流的原因。这个过程类似于电容器放电的过程。

电容元件的伏安关系及储能

上述公式表示，电容器元件上的电流与两端电压的变化率成正比，即电容器元件上的电压变化越快，电流越大；电容器元件上的直流电压为零，电容器电流为零。

因此，电容元件具有切断直流和通信的功能。

上面的说明，电容元件在某时刻t的电压，不仅与该时刻的电流i(t)有关，而且与该时刻以前的所有电流有关。因此，电容元件是一种记忆元件，电容元件上的电压记忆了该时刻之前所有电流作用的效果。

当电容元件的电压、电流参考方向关联时，它吸收的功率 应为：

(1)

显然：可正，表示电容被充电而储存能量；可负，表示电容放电而释放能量；可为零。 

电容元件从t0到 t这段时间内吸收的能量为

(2)

假设uC(t0) = 0，即电容没有初始储能，则

(3)

上式说明，某一瞬时电容元件的储能仅与电容大小及该时刻的电压值有关，而与通过电容的电流大小无关。

留言处大家可以补充文章解释不对或欠缺的部分，这样下一个看到的人会学到更多，你知道的正是大家需要的。。。

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