新能源汽车电力电子基础 课件 任务一 测量电容器容量及通电特性

模块三新能源汽车转向灯控制电路【模块描述】新能源汽车转向灯分为前、后、侧转向灯，是指在车辆要转弯或变道行驶时，驾驶员通过开启相应方向的闪烁指示灯，来警示车前或车后的行人或车辆，提示本车的行驶方向，如图3-1所示。车辆出现紧急情况时，让左右转向灯同时亮起用于提醒其他车辆注意。转向灯控制电路如图3-2所示。本模块以电容式闪光继电器控制的转向灯为例，遵循知识递进和迁移原则，通过编排任务一测量电容器容量及通电特性；任务二制作电感线圈及测量通电特性；任务三探究磁场分布及通电直导线在磁场中的运动；任务四探究磁场对线圈及通电线圈对线圈产生的现象；任务五连接新能源汽车转向灯控制电路的实施。让学习者在真实的任务实践或仿真工作情境中进行操作与感知，从而获得该工作领域职业能力所应具备的电力电子器件电容、电感的工作特性，以及磁场、磁感线、磁通、磁感应强度、互感、磁路欧姆定律等概念或工作原理。图3-1转向灯安装位置（图为危险警告灯点亮）图3-2转向灯控制电路图（部分）模块三新能源汽车转向灯控制电路任务一

测量电容器电

容量及通电特性【任务目标】1）理解电容器的定义；2）掌握电容器充放电及通电特性；3）了解电容器型号命名及其分类；熟记电容器串/并联的特点。【三维目标】1）培养团队合作和精益求精的工作品质；2）养成勤俭节约和讲究安全意识的工作习惯。1）具备测量单个电容器容量和判断好坏的能力；2）具备连接电容器的串/并联电路和测量电容量的能力；3）具备用Multisim仿真软件测量电容器通电特性的能力。知识目标：核心素养：技能目标：【任务描述】【任务描述】

电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，被广泛应用于新能源汽车的电路中。它起到隔直通交、耦合、旁路、滤波、调谐、能量转换和控制等方面的作用。本任务通过用数字万用表测量单个电容器容量、两个串联或并联电容器容量；用Multisim仿真软件测量电容器通电特性，来介绍电容器常识及其特性。【任务实施】01器材器材测量电容器容量及通电特性所需器材如表3-1所示。表3-1测量电容器容量及通电特性所需器材序号名称实物图序号名称实物图1导线

6电阻

2斜口钳

7电容

3剥线钳

8电容数字万用表

4熔丝

9蓄电池

5开关

10安装有Multisim仿真软件的PC机02测量电容器容量及通电特性连接新能源汽车左前照灯控制电路序号任务实施描述实施示意图1.测量电容器容量及通电特性如表3-2所示。表3-2测量电容器容量及通电特性1选择数字万用表测量挡位：把红表笔插入数字万用表的INPUT插孔，黑标笔插入COM插孔；测量挡位选择至测电容挡，并接通数字万用表电源，如右示意图所示。2测量单个电容器电容量：用数字万用表的红表笔触碰待测电容器的正极引脚，黑表笔触碰待测电容器的负极引脚，观察数字万用表显示屏显示数值，并记录。连接新能源汽车左前照灯控制电路序号任务实施描述实施示意图1.测量电容器容量及通电特性如表3-2所示。表3-2测量电容器容量及通电特性3

测量两个串联电容器电容量：把电容器C1的正极引脚与电容器C2的负极引脚用一根短导线相连，如右上示意图所示；万用表的红表笔触碰C2电容器的正极引脚，黑表笔触碰C1电容器的负极引脚，如右下示意图所示，观察数字万用表显示屏显示数值，并记录。

连接新能源汽车左前照灯控制电路序号任务实施描述实施示意图1.测量电容器容量及通电特性如表3-2所示。表3-2测量电容器容量及通电特性4

测量两个并联电容器电容量：把电容器C1的正极引脚与电容器C2的正极引脚用一根短导线相连；电容器C1的负极引脚与电容器C2的负极引脚用另一根短导线相连，如右上示意图所示；用万用表的红表笔触碰C1电容器的正极引脚，黑表笔触碰C1电容器的负极引脚，如右下示意图所示，观察数字万用表显示屏显示数值，并记录。

连接新能源汽车左前照灯控制电路序号任务实施描述实施示意图1.测量电容器容量及通电特性如表3-2所示。表3-2测量电容器容量及通电特性5电容器充放电特性测量：按右示意图所示的①至⑪标号裁剪适合长度的导线、剥离相关导线线头的绝缘皮，并依次连接相关元件和数字万用表，其中表1、3设置在测量电流挡位，表2设置为测量电压挡位。6连接完毕，接通数字万用表1、2电源，接着先把双向开关打向左边，接通开关，观察数字万用表1、2显示屏的数值变化情况，并记录；待数字万用表2读数趋于稳定后，再把开关打向右边，接通开关，观察数字万用表3、2显示屏的数值变化情况，并记录。7测量完毕，把数字万用表挡位选择至OFF挡，仪表和元件归位。连接新能源汽车左前照灯控制电路序号任务实施描述实施示意图1.测量电容器容量及通电特性如表3-2所示。表3-2测量电容器容量及通电特性8用Multisim仿真软件测量电容器通直流电或交流电特性：运行PC机上的Multisim仿真软件，出现如右图所示界面。

9测量电容器通直流电特性：在Multisim仿真软件界面的器件选择菜单上，依次选择2个电容器、1个电阻、1个12V直流电源、一个1A保险丝，1个电压表，1根接地线，并按右示意图所示，依次连接上述元件，连接完毕，点击Multisim仿真软件上的运行按钮，观察万用表读数，并记录。连接新能源汽车左前照灯控制电路序号任务实施描述实施示意图1.测量电容器容量及通电特性如表3-2所示。表3-2测量电容器容量及通电特性10测量电容器通交流电特性：在Multisim仿真软件界面的器件选择菜单上，依次选择2个电容器、1个电阻、1个12V交流电源、一个1A保险丝，1个电压表，1根接地线，并按右示意图所示依次连接上述元件，连接完毕，点击Multisim仿真软件上的运行按钮，观察万用表读数，并记录。

11测量完毕，退出Multisim仿真软件，关掉PC机主电源。03记录任务实施产生的数据或现象记录任务实施产生的数据或现象记录任务实施产生的数据或现象如表3-3所示。表3-3任务实施产生的数据或现象班级：姓名：日期：1.作业前准备1）检查仪表和元件是否齐全□是

□否2）检查数字万用表通电是否正常□是

□否3）检查Multisim仿真软件运行是否正常□是

□否2.记录数据或现象1）序号1，数字万用表显示屏数值：C=

uF2）序号2，数字万用表显示屏数值：C=

uF3）序号3，数字万用表显示屏数值：C=

uF4）序号4，数字万用表显示屏数值：C=

uF5）序号6，开关打向左边，数字万用表1、2显示屏的数值：A1=

A；V2=

V；开关打向右边，数字万用表2、3显示屏的数值：A3=

A；V2=

V；在开关打向左边或右边时，数字万用表1、2、3各自产生什么现象？请记录

6）序号9，数字万用表读数：V=

V。7）序号10，数字万用表读数：V=

V。8）比较序号9和10数字万用的读数，你得出什么结论？

04实施评价【实施评价】实施评价表3-4序号评价项目评价细则分值自评分值互评分值教师评分1准备工作1.选择数字万用表

□正确□错误2.选择电容器

□正确□错误3.选择开关、熔丝□正确□错误4.选择电阻□正确□错误5.运行Multisim仿真软件□正确□错误5

2测量单个电容器、两个串/并联电容器容量1.使用斜口钳裁剪导线□正确□错误2.使用剥线钳剥离线头绝缘皮

□正确□错误5

3.选择数字万用表1、2、3测量挡位□正确□错误4.数字万用表调零□正确□错误10

5.测量单个电容器□正确□错误6.连接两个串联电容器□正确□错误7.测量串联电容器□正确□错误8.连接两个并联电容器□正确□错误25

【实施评价】实施评价表3-4序号评价项目评价细则分值自评分值互评分值教师评分3测量电容器充放电及通电特性1.读取数字万用表1、2、3显示屏数值□正确□错误2.记录电容器充放电现象□正确□错误3.在Multisim仿真软件选择元件□正确□错误4.在Multisim仿真软件上连接电路□正确□错误5.测量电容器同直流电特性□正确□错误6.测量电容器通交流电特性□正确□错误25

4综合素养节俭、精益求精1.裁剪导线长度□适宜□过长□过短2.观察现象□细致□粗心3.线头连接

□紧致□松脱10

安全文明生产1.操作动作□规范□错误2.仪表和元件归位□正确□杂乱3.工位清洁和整理

□整洁□杂乱10

5操作时间

操作时间为45分钟，每超过1分钟扣1分。10

6合计100

说明：每项分都是扣完为止班级：学号：姓名：

教师签名：【知识链接】目录CONTENTS一、电容器结构与符号三、电容器型号命名二、电容器的特性四、电容器分类五、测量及检测电容器七、超级电容器六、电容器的串、并联一电容器结构与符号电容器结构与符号

任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，就可以组成一个电容器。这两个导体称为电容器的两个极板，中间的绝缘材料称为电容器的介质。电容器的结构（以铝电解电容为例）如图3-3所示。在实际制作中，为了增大极板间的正对面积，通常采用圆柱形状制作电容器，其结构和实物图如图3-4所示。常见电容器的符号如图3-5所示（有极性电容器有4种表示符号）。图3-3电容器结构电容器结构与符号a）圆柱形电容器结构

b）实物图图3-4圆柱形电容器电容器结构与符号图3-5常见电容器符号a）无极性电容器

b）有极性电容器

c）可变电容器电容器结构与符号

电容是用来反映电容器储存电荷的能力，它等于电容器储存电荷量Q与电容器两端所加电压U的比值。即C=Q/U

电容的单位是法拉，简称法，用F表示，常用的还有微法（uF）和皮法（pF）。

1F=106uF=1012pF

对同一个电容器来说，Q/U的比值是个常数。即电容器两端所加的电压越大，电容器储存的电荷量就越多，但所加电压不能超过电容器上所标的额定电压。不同电容的电容器，Q/U的数值不同。

平行板电容器电容。平行板电容器电容只与电容器的极板正对面积S、极板间距离d以及极板间电介质的介电常数ε有关，而与外加电压的大小等外部条件无关。即C=εS/d

想一想：有人根据C=Q/U，认为电容器两端所加的电压U越大，电容C就越小，对吗？为什么？

式中S、d、ε的单位分别是m2、m、F/m

真空中的介电常数ε0约等于8.86×10-12F/m，某种介质的介电常数ε与ε0之比，称为介质的相对介电常数，用εr表示，气体的相对介电常数约为1。二电容器的特性电容器的特性1.隔直流电通交流电观察表3-2，序号9，当为电路施加12V直流电时，万用表上的测量电压为0V；序号10，当为电路施加12V/50Hz交流电时，万用表上的测量电压约为10.13V，测试结果表明电容器具有阻止直流电压通过，允许交流电压通过的能力。利用这个特性，可以把电容器用在滤波、信号耦合等场合。2.充放电（1）电容器的充电：表3-2，序号5，蓄电池正极通过熔丝、数字万用表1、电阻、开关与电容器的正极相连，电容器的负极与电池的负极相连。当开关打向左边时，开关接通，见表3-2，序号6，电容器正极板的自由电子通过开关、电阻、数字万用表1、熔丝、蓄电池移动到电容器负极板，这个过程叫电容器充电。充电过程电路有电流通过（表3-2，序号6，数字万用表1读数开始较大，随后慢慢减少，直到读数为0。）。充电过程中由于电容器正极板失去电子而带正电、负极板得到电子而带负电，两极板之间就会产生电势差uc，uc=Ec（

）（其中Ec为蓄电池电压，=RC。）电容器的特性随着充电的不断进行，电容器两极板间的电势差不断增大（见表3-2，序号6，数字万用表2的读数。），直到接近蓄电池电压。当电容器所充的电压接近蓄电池电压后，不再充电，电路中的电流为零，见表3-2，序号6，数字万用表1的读数。充电后，电容器两个极板带电量相等，符号相反。其绝对值电量叫做电容器的带电量Q。充了电的电容器，两极板存在电势差，就会产生电场。电容器从电源中获得的电能储存在电场中，这种能量称为电场能。电容器充了电之后，如果不进行释放，那么所充电量将长时间保持，保持时间的长短取决于电容器泄露电阻的大小。（2）电容器的放电：表3-2，序号5，充了电的电容器的正极通过开关、数字万用表3、电阻与电容器的负极相连。当开关打向右边时，开关接通，电容器两极板所充的正负电荷通过开关、数字万用表3、电阻中和，完成放电。在放电过程，电路中有电流产生（表3-2，序号6，数字万用表3读数开始比较大，随后慢慢减少，数字万用表2显示的电压数值也开始下降，uc（t）=U0，U0为电容器充电电压。）。电容器在充电和放电过程中，两极板上的电荷有积累过程，即电压有建立过程。因此，在充放电过程中电容器上的电压不能突变。电容器充放电过程波形如图3-6所示。

图3-6电容器充放电过程波形a）电容器充电过程波形

b）电容器放电过程波形电容器的特性3.容抗电容器对交流电流阻碍作用的大小称为容抗，用Xc表示，单位是欧姆,符号Ω。它与电容C和交流电频率f的关系为Xc=三电容器型号命名电容器型号命名

国产电容器的型号一般由四部分组成（不适用于压敏、可变、真空电容器）。依次分别代表名称、材料、分类和序号。

第一部分：名称，用字母表示，电容器用C。

第二部分：材料，用字母表示。如：A-钽电解、B-聚苯乙烯等非极性薄膜、C-高频陶瓷、D-铝电解、E-其它材料电解、G-合金电解、H-复合介质、I-玻璃釉、J-金属化纸、L-涤纶等极性有机薄膜、N-铌电解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低频陶瓷、V-云母纸、Y-云母、Z-纸介

第三部分：分类，一般用数字表示，个别用字母表示。其代表意义如表3-5所示。表3-5电容器类别的符号意义

第四部分：序号，用数字表示。电容器型号命名表3-5电容器类别的符号意义第四部分：序号，用数字表示。数字代号分类意义字母代号分类意义瓷介电容器云母电容器有机电容器电解电容器

1圆形非密封非密封箔式GT高功率2管形非密封非密封箔式3叠片密封密封烧结粉，非固体4独石密封密封烧结粉，固体5穿芯

穿芯

6支柱等

W微调7

无极性8高压高压高压

9

特殊特殊四电容器分类电容器分类1.按安装方式分类：可分为插件电容器和贴片电容器。013.按电解质分类：可分为有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器、电热电容器和空气介质电容器等。035.按用途分类：可分为高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合等电容器。054.按制造材料分类：可分为瓷介电容器、涤纶电容器、电解电容器、钽电容器、独石电容器、还有先进的聚丙烯电容器等等。042.按结构分类：可分为固定电容器、可变电容器和微调电容器。02按极性分类：可分为有极性电容器和无极性电容器电容器分类1）用作高频旁路的电容器有：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。2）用作低频旁路的电容器有：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。3）用作滤波的电容器有：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。在抗干扰电源滤波电路中，通常用安规（安全规定）电容器。4）用作调谐的电容器有：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。5）用作耦合的电容器有：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。6）小型电容器常见的有：金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。5.按用途分类：可分为高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合等电容器。电容器分类图3-7常见电容器外形图一些常见的电容器外形图如图3-7所示。五测量及检测电容器测量及检测电容器1.测量电容为1000pF以下的小容量电容器。一般选用数字万用表R×2MΩ及以上挡位，用两表笔分别任意接电容器的两个引脚，所测的阻值应为无穷大或观察到显示屏会显示一下数值，又立即变为显示1；若显示屏显示数值为固定值或为零，则说明电容器已漏电损坏或内部击穿。2.测量电容处于1000pF～200μF之间的电容器，其测量见表3-2，序号2示意图所示。如果数字万用表显示屏显示的测量值与电容器的标称值电容相近，表示电容器完好；反之，表示电容器损坏。3.测量电容为200μF以上的电容器，可用数字万用表的R×200k或以上挡位直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电。如果电容器完好，则数字万用表上显示屏显示的数值会不断变化，直至显示屏显示1；如果电容器有漏电，则数字万用表上显示屏显示的数值不会是1，而是某一个数值；如果电容器击穿短路，则数字万用表显示屏显示的数值约为0；如果数字万用表显示屏显示的数值不会变化，一直为1，则表示电容器内部开路。123六电容器的串、并联电容器的串、并联

在日常使用中，有时为了满足电路对电容或耐压的需求，需要对电容器做适当的连接变化，电容器的连接分为串联和并联两种。1.电容器的串联

电容器的串联电路如图3-8所示。它是两个以上的电容器按照两两之间的引脚相互串接起来的一种连接方式，类似于电阻的串联。图3-8电容器串联1.电容器的串联电容器串联后具备以下特点：1）电容器串联后，每个电容器上所充的电荷量Q相同，即Q1=Q2=…Qn=Q2）电容器串联后，加在电路两端的电压U等于各电容器上的电压之和。即U=U1+U2+…+Un3）串联后的电容器总电容C的倒数等于各电容器的电容倒数之和。即1/C=1/C1+1/C2+1/C3

+…+1/Cn，即电容器串联后，总电容减少，表3-2，序号3的测量结果可以清晰说明这个结论。对于图3-8，如果C1=C2=C3=1500uF，则串联后总电容C=500

uF。其等效变换如图3-9所示。1.电容器的串联对于图3-8，如果C1=C2=C3=1500uF，则串联后总电容C=500uF。其等效变换如图3-9所示。4）电容器串联后，电容大的电容器上所分配的电压小，电容小的电容器分配的电压大。即各电容器上分配的电压和它的容量成反比。图3-9串联电路等效变换图1.电容器的串联注意：当n个电容器串联后，串联电容器组的总耐压值为单个电容器耐压值的n倍。故当电容和耐压值都不同的电容器串联时，必须使任何一个电容器上所分的电压不超过其规定耐压，否则，会造成电容器因耐压不足而被击穿爆炸现象。例3-1：C1、C2两个电容器串联后，接上60V的电压，其中C1=3uF，C2=6uF，计算两个电容器所承受的电压各是多少？解：依据总电容C的倒数等于C1的倒数与C2的倒数之和，即1/C=1/C1+1/C2

得C=C1C2/（C1+C2）=3×6/（3+6）=2(uF)。各电容器上所充的电荷量Q相等，即Q=CU=2×60=120（uFV）U1=Q/C1=120/3=40（V）U2=Q/C2=120/6=20（V）2.电容器的并联

电容器的并联电路如图3-10所示。它是两个以上的电容器按照两两之间的引脚相互并接起来的一种连接方式（见表3-2，序号4的实物连接示意图），类似于电阻的并联。图3-10电容器并联2.电容器的并联

电容器并联后具备以下特点：1）电容器并联后，加在每个电容器上的电压U相同，即U1=U2=…Un=U2）电容器并联后，电容器储存的总电荷量Q等于每个电容器上所储存的电荷量之和。即Q=Q1+Q2+…+Qn3）并联后的电容器总电容C等于各电容器的电容之和。即C=C1+C2

+…+Cn，即电容器并联后，总电容增大，表3-2，序号4的测量结果清晰表明这一结论。对于图3-10，如果C1=1000p，C2=2200p，C3=4700p，则并联后总电容C=7900p。其等效变换如图3-11所示。电容器的并联图3-11并联电路等效变换图注意：电容器并联使用时，必须使所加的电压不能大于任何一个电容器上的规定耐压，否则，会造成电容器因耐压不足而被击穿爆炸现象。七超级电容器1.超级电容器实物和结构

超级电容器又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它既具有传统电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。其储能过程是可逆的，并不发生化学反应，因此超级电容器可以反复的充、放电数十万次甚至更长，是蓄电池难以比拟的。超级电容器的实物和结构如图3-12所示，超级电容器由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。电极材料与集流体之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料，如聚丙烯膜。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。1.超级电容器实物和结构图3-12超级电容器a）实物图

b）结构图2.超级电容器分类（1）双电层电容器

双电层电容器如图3-13所示，在电极与溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙而产生的。对一个电极与溶液体系，会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。超级电容器按照储能机理的不同可以分为双电层电容器和法拉第准电容器。图3-13双电层电容器2.超级电容器分类（2）法拉第准电容器

继双电层电容器之后又发展出法拉第准电容器。法拉第准电容器，也称赝电容器如图3-14所示，是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附，脱附或氧化，还原反应，产生和电极充电电位有关的电容器。图3-14

法拉第准电容器3.超级电容器优点1）功率密度高。可达102～104W/kg。2）循环寿命长。在几秒钟的高速深度充放