《新能源汽车电力电子技术》课件-任务1 电路基础

项目二电工基础PART021.了解电路的概念与组成。2.掌握电路基本物理量的定义、类型、大小和方向。3.掌握电路元件的类型及各类型的差别。任务目标一、电路基本知识（一）电路概念电路是电流流过的回路，它是将若干电工、电子元器件或设备按一定的方式相互连接、组合起来的整体。它是电力系统、控制系统、通信系统、计算机硬件等电系统的主要组成部分，起着产生、传输、转换、控制、处理和储存电能和电信号的作用。任务1电路基础（二）简单电路组成简单电路主要由电源、负载（用电器）和中间环节组成，中间环节包括控制器件和连接导线，有些电路还有保护装置。任务1电路基础（三）电路工作状态电路有三种状态，分别是通路、断路和短路。任务1电路基础1.通路通路状态下，电源与负载接通，有电流通过，使电气设备和元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。在这种状态下，电源端电压与负载电流的关系可以用电源外特性确定。根据负载的大小，又分为满载、轻载和过载三种情况。任务1电路基础2.断路断路就是电路中某处断开，导致没有电流通过，电源不向负载输送电能。对于电源来说，这种状态叫空载。断路状态的主要特点是：电路中的电流为零，电源端电压和电动势相等。任务1电路基础3.短路如果外电路被阻值近似为零的导体接通，此时电源就处于短路状态。电源内阻一般很小，因而短路电流可能达到非常大的数值，导致电源有烧毁的危险。防止短路的最常见方法是在电路中安装保险管。保险管中的熔丝由低熔点的铅锡合金、银丝制成。当电流增大到一定数值时，熔丝首先被熔断，从而切断电路。任务1电路基础二、电路的基本物理量（一）电流1.定义电路中带电粒子在电源作用下有规则的定向移动形成了电流，它是一种物理现象。在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，记作“A”。电流的单位有时也采用毫安（mA）、微安（μA）或千安（kA）。换算比例为1A=103mA=106μA=10-3kA。任务1电路基础2.类型电流可以分为直流电流与交流电流，其波形如右图。若电流的大小和方向不随时间发生变化，则称为直流电流，用“I”表示。生活中使用的可移动、外置式电源提供的是直流电。若电流的大小和方向随着时间的变化产生变化，则称为交流电流，用“i”表示。生活用电使用电源提供的是交流电。任务1电路基础3.大小电流的大小用电流强度表示。电流强度是指单位时间内通过导体横截面的电荷量，假设在单位时间内通过某一横截面的电荷量为q，则通过该截面的电流为：式中，dq是通过导体横截面的电荷量，C；dt为电荷通过导体的时间，s。任务1电路基础4.方向在对电路进行分析时，可以先任意假定电流方向，根据所假定的电流参考方向列写电路方程式求解。若电流为正值，则表示电流的实际方向与参考方向相同；若电流为负值，则表示电流的实际方向与参考方向相反。任务1电路基础（二）电压1.定义电压也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电源是提供电压的装置，电压是形成电流的原因。在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，记作“V”。电压的单位有时也采用毫伏（mV）、微伏（μV）或千伏（kV）。换算比例为1V=103mV=106μV=10-3kV。任务1电路基础2.类型（1）按电压方向分。按电压方向，电压可分为直流电压和交流电压。（2）按电压大小分。按大小，电压可分为高电压、低电压和安全电压。任务1电路基础3.大小电压的大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功。假设电荷在移动过程中产生或失去的能量为dW，则电压为：式中，dq是由电路的一点移到另一点的电荷量，C；dW为转移过程中，电荷dq获得或失去的能量，J。任务1电路基础4.方向在大小和方向不随时间变化而变化的直流电路中，电压的实际方向从高电位流向低电位，即电位降低的方向。首先假定电压的参考方向，根据所假定的电压参考方向列写电路方程式求解。若电压为正值，则表示电压的实际方向与参考方向相同；若电压为负值，则表示电压的实际方向与参考方向相反。任务1电路基础（三）电动势1.定义电动势是表征电源特征的物理量，它能够使电源两端产生电压。电源的电动势和非静电力密切相关。非静电力是指除静电力外能对电荷流动起作用的力，不同电源非静电力的来源不同，能量转换形式也不同。电动势在数值上等于非静电力将正电荷从电源负极通过电源内部移至正极所做的功。电动势用符号E表示，单位为伏特（V）。任务1电路基础2.大小电动势的大小等于非静电力把单位正电荷从电源的负极，经过电源内部移到电源正极所做的功。电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送的电荷量越多。电动势大小的计算公式为：式中，W为电源中非静电力把正电荷量q从负极经过电源移至电源正极时所做的功。任务1电路基础3.方向电动势的方向与电压方向相反，是从低电位流向高电位，即电位升高的方向。任务1电路基础三、电路元件（一）无源元件1.电阻元件在电路中起阻流作用的元器件称为电阻元件，主要用于降压、分压和分流。电阻元件上电压和电流之间的关系称为伏安特性。如果电阻元件的伏安特性在u-i坐标轴中是一条通过坐标原点的直线，则称为线性电阻。任务1电路基础2.电容元件电容元件简称电容。电容是电容器的简称，是电子设备中大量使用的电子元件之一。电容亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，因此电容是储能元件，其在某一时刻的储能只取决于该时刻的电压值，与电压的过去变化和进程无关。电容的国际单位是法拉（F），在电路中记为C，C=—。电容的其他单位还有微法（μF）、纳法（nF）或皮法（pF），其单位换算是1F=106μF=109nF=1012pF。任务1电路基础Qu3.电感元件电感元件简称为电感。电感是闭合回路的一种属性，用于描述线圈电流的变化。当线圈有电流通过时，在线圈中会形成感应磁场，感应磁场又会产生感应电流来阻碍通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感。电感的国际单位是亨利（H），在电路中记为L。电感的其他单位还有毫亨（mH）、微亨（μH）或纳亨（nH），其单位换算是1H=103mH=106μH=109nH。任务1电路基础（二）有源元件1.电压源（1）理想电压源。理想电压源的内阻为0，两端电压不随电流的变化而变化，总能保持定值或一定的时间函数值。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。因此理想电压源不能并联使用，两端不能被短路，否则将流过无穷大的电流。任务1电路基础理想电压源的伏安特性为一条平行于电流轴的直线。若us=Us，即为直流电源；若us随着时间变化，则平行于电流轴的直线也会随着时间的变化而改变位置；电压为0的电压源，其伏安曲线与i轴重合，此时处于短路状态。任务1电路基础（2）实际电压源。实际电压源随着输出电流的增大，端电压将下降。实际电压源同样不允许短路，因其内阻小，若短路则可能烧毁电源。实际电压源可以用理想电压源串联一个内阻来等效。其伏安特性曲线如图所示。电阻越大，斜率越大；电阻越小，越接近理想电压源。任务1电路基础2.电流源（1）理想电流源。若流过二端元件的电流不随两端电压的变化而变化，保持固定数值，此元件则为理想电流源。电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与两端电压方向、大小也无关。电流源两端的电压由电源及外电路共同决定，其内阻无穷大。任务1电路基础理想电流源的伏安特性为一条平行于电压轴的直线。若is=Is，即为直流电流源。反映输出电流与端电压无关；若is随