《新能源汽车电力电子技术》课件 任务二 电路基础及测量

《电路基础及测量》

导入在电路理论中，元件的伏安关系式称为元件的约束方程，这是各元件电压、电流必须遵守的规律，它表征了元件本身的性质，如电阻元件的电压、电流满足欧姆定律。目录1《电路基础及测量》相关理论2《电路基础及测量》任务实施保障机制《电路基础及测量》知识充电站1第一部分

学习目标知识目标能力目标1.掌握电路的基本组成、各部分的作用和电路的三种状态。2.掌握电路中常见物理量的概念、特性。3.掌握欧姆定律、基尔霍夫定律的应用。1.会组装简单电路。2.会测量电路电压、电流。3.能够运用基尔霍夫定律进行复杂电路的计算。一、电路基础1.电路的概念电路就是电流所通过的路径，它是由电气设备和元器件按一定方式联接起来的。在日常生活和工业控制中存在各式各样的电路，例如随处可见的照明电路等。2.电路的组成根据各组成部分的作用不同，可分为三部分。（1)电源：提供电能或电信号的装置。（2)负载：消耗电能或接收电信号的装置。（3)中间环节：用于连接电源和负载，实现电能或电信号的传输、分配和控制，故又称传输控制器件。

一、电路基础手电筒电路就是一个简单的实用电路。这个电路由电源——干电池、负载——小灯泡、开关和连接导体——手电筒金属壳所组成，如图1-2-1。a)手电筒电路示意图b）手电筒电路模型图1-2-1手电筒电路一、电路基础3.电路的作用电路的作用有两个方面：一是实现能量的转换、传输和分配，如电力系统电路,图1-2-2所示，即电力电路；二是实现电信号的处理与传递，如广播电视系统，图1-2-3所示，即信号电路。图1-2-2电力电路系统一、电路基础综上所述，电路就是为了实现电能或电信号的传输、分配、转换和处理，用传输控制器件把电源和负载组合起来的一个整体。图1-2-3信号电路系统二、电路基本物理量的认识1.电压（1）电压的定义、单位和符号电场中任意两点(A，B)间的电位差定义为这两点间的电压，数值上等于把单位正电荷由此(A点)移至彼(B点)时电场力所做的功，亦即为单位正电荷电位能的变化量。如果设正电荷由A点移到B点时电场力所做的功为dW，则A、B两点间的电压为二、电路基本物理量的认识1.电压（1）电压的定义、单位和符号在国际单位制中，电压的单位是伏特（V）。当电场力把1C（库仑）的电荷从一点移到另一点所做的功为1J（焦耳）时，该两点间的电压为1V。单位：1V=1J/C也就是说，电场力把单位正电荷由A点移到B点所做的功在数值上等于A、B两点的电压。在直流电路中，上式可写成二、电路基本物理量的认识1.电压（1）电压的定义、单位和符号电路中规定电位跌落(电压降)的方向为电压的方向，故UAB=UA－UB＝－(UB－UA)=－UBA。电路中任意两点间的电压只取决于这两点的位置，而和路径无关，电压随时间变化时，以小写字母u记之，称交流。电压不随时间变化时，以大写字母U记之，称直流。二、电路基本物理量的认识1.电压（2）电压的方向习惯上规定从高电位点指向低电位点为电压方向（实际方向），即电压降的方向。在分析电路时，也应该选取电压的参考方向。当电压的参考方向与实际方向一致时，电压为正（U＞0），不一致时，电压为负（U＜0），如图1-2-4所示。图1-2-4电压的参考方向与实际方向二、电路基本物理量的认识2.电流（1）电流定义、单位和符号电流是由于电压引起的，是自由电子定向运动产生的。图1-2-5为电灯电路，开关闭合电路中有电流流过。图1-2-5电灯电路二、电路基本物理量的认识2.电流（1）电流定义、单位和符号单位时间内通过导体某一横截面的电荷量称为电流。设在dt时间（单位：秒，s）内通过导体某一横截面的电荷量为dq（单位：库仑，C），则通过该截面积的电流为若常数，则这种电流就称为恒定电流，简称直流。在直流电路中，式可写成在国际单位制（SI）中，规定电流的单位为安培（A）。二、电路基本物理量的认识2.电流（2）电流的方向习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的方向（实际方向）。1-2-6电流方向的判断二、电路基本物理量的认识2.电流（2）电流的方向参考方向是假定的方向，电流的参考方向可以任意选定，在电路中一般用箭头表示。当然，所选的电流参考方向不一定就是电流的实际方向，当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值（I＞0）；当电流的参考方向与实际方向相反时，电流为负值（I＜0）。这样，在选定的参考方向下，根据电流的正、负值，就可以确定电流的实际方向，如图1-2-7所示。1-2-7电流的参考方向与实际方向二、电路基本物理量的认识2.电流(3)电流的类型1）直流电。直流电是指在一个电路中，电压和电阻是恒定的，当每秒钟在相同的方向上流入的电子数量相同时，便形成了直流电。直流电用DC表示，符号是直线“—”，如图1-2-8所示。图1-2-8直流电二、电路基本物理量的认识2.电流(3)电流的类型2）交流电。交流电是指在一个电路中，电压和电阻是恒定的，自由电子总是在正、反两个方向移动相同的距离，便形成了交流电。交流电用AC表示，符号是波浪形“～”，如图1-2-9所示。图1-2-9交流电二、电路基本物理量的认识3.电阻如果将电压施加到导体上，电子不再是无阻碍地移动，电子流受到的阻尼称为电阻。任何物体都有电阻，当电流流过时都要消耗一定的能量，电阻是导体本身固有的特性。电阻用字母R表示，在国际单位制中，单位是欧姆简称欧（）。如图1-2-10所示，所用的导线电阻不同灯泡的亮度也不同。1-2-10不同电阻的导线对灯泡亮度的影响二、电路基本物理量的认识4.电位电场力把单位正电荷从电路中某点移到参考点所做的功，称为该点的电位，用大写字母V表示。电路中某点的电位，即该点与参考点之间的电压，也可理解为单位正电荷在该点(相对于参考点)所具有的位能。电位的单位也是伏特(V)。根据上述电压、电位的定义，可以证明：电路中任意两点之间的电压就等于这两点间的电位差，即这表明：电压的实际方向是从高电位点指向低电位点，是电位降的方向。二、电路基本物理量的认识5.电动势（1）电动势的定义、单位和符号电动势是衡量电源力做功能力的物理量，恒定(直流)电动势用字母表示，其单位也是伏特(V)。1-2-12电压与电动势二、电路基本物理量的认识5.电动势（1）电动势的定义、单位和符号如果不考虑电源内部可能存在的其他形式的能量转换，则电源力对单位正电荷所做的功，应等于单位正电荷位能的增加，即（2）电动势的方向和电流一样，电压和电动势也应引入参考方向(或参考极性)的概念。在电路图中，其参考方向可用箭标或双下标如、来表示。如参考方向与其实际方向一致，其数值为正，否则是负值。二、电路基本物理量的认识6.电功、电功率和效率（1）直流电的电功率电功率P等于电压U和电流I的乘积。即电功率的单位是瓦特（W）（2）直流电的功电流所做的功W等于电功率P与时间t的乘积。即电功的单位是瓦特秒（W•s）（3）效率由于输入功率Pin总是大于输出功率Pout，效率总是小于1或者100%，这是因为在能量转换时总是有功率损失PV。三、电路的工作状态电路有空载、短路、有载工作三种状态，现以图1-2-13所示简单直流电路为例来分析电路的各种状态。图中电动势E和内阻R0串联，组成电压源，U1是电源端电压。开关S和连接导线是中间环节。U2是负载端电压，RL是负载等效电阻。1-2-13简单直流电路三、电路的工作状态1.有载状态如图1-2-13，当开关S闭合时，电路中有电流流过，电源输出电功率，负载取用电功率，这称为有载状态。2.空载状态在图1-2-13所示电路中，当开关S断开，电路电流为零，这称为空载状态，也称为断路。空载时该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换。断路的电流等于零，断路处的电压应视电路情况而定。3.短路状态在图1-2-13所示电路中，当电源两端的导线由于某种事故而直接相连，这时电源输出电流不经过负载，只经过连接导线直接流回电源，这种状态称为短路状态，简称短路。三、电路的工作状态3.短路状态短路时的电流称为短路电流，用表示。因为电源内阻很小，故很大。因此，电路短路是一种严重的事故，应尽力避免。为防止短路所产生的严重后果，通常在电路中接入熔断器或自动开关（断路器），以能在发生短路时迅速切除故障电路，而确保电源和其他电气设备的安全运行。四、电路基本定律1.欧姆定律通常流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就是欧姆定律。它是分析电路的基本定律之一。对图1-2-14所示的电路，欧姆定律可用下式表示1-2-14欧姆定律

四、电路基本定律2.基尔霍夫定律在基尔霍夫定律中，常要用到如下几个电路名词：支路：在电路中通过同一电流的分支电路叫做支路。如图1-2-15所示的电路中，有三条支路，分别是I1、I2和I3流过的支路。节点：有三条或三条以上支路的连接点叫做节点。如图1-2-15所示的电路中，有b、e两个节点。回路：闭合的电路叫做回路。回路可由一条或多条支路组成，但是只含一个闭合回路的电路叫网孔。如图1-2-15所示的电路中，有abcdef、abef和bcde三个回路，两个网孔，即abef和bcde。四、电路基本定律基尔霍夫定律是电路的基本定律之一，它包含有两条定律，分别称为基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。图1-2-15电路名词定义示意图四、电路基本定律（1）基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（Kirchhoff’sCurrentLaw,简写成KCL）描述了连接在同一节点上的各支路电流之间的约束关系，反映了电流的连续性，即：在任一瞬间，流入任一节点的电流之和必等于流出该节点的电流之和。对于图1-2-15所示电路中的节点b，应用基尔霍夫电流定律可写出也可改写为即因此，基尔霍夫电流定律也可叙述为：在任一瞬时，电路中流入任一节点的所有电流的代数和等于零。

四、电路基本定律（2）基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（Kirchhoff’sVoltageLaw简写为KVL）描述了闭合回路中各支路电压之间的关系。当我们沿着闭合回路绕行，将会遇到电位升降的变化。由于电位的单值性，如果沿闭合回路绕行一周，回到原出发点，其电位的变化量应为零。基尔霍夫电压定律指出：在任一瞬时，沿闭合回路绕行一周，在绕行方向上的电位升之和必等于电位降之和。

图1-2-16基尔霍夫电压定律示例四、电路基本定律图1-2-16是某直流电路的一部分，由四个电路元件构成了闭合回路，回路中各电压的参考方向如图示，设四个电压均为正值，即图示的电压参考方向也就是实际方向。如我们按顺时针沿着回路ABCDA绕行一周，在绕行方向上U2、U3为电位降，U1、U4为电位升，应用基尔霍夫电压定律有对于图1-2-15所示电路中的节点b，应用基尔霍夫电流定律可写出也可改写为即因此，基尔霍夫电压定律也可叙述为：在任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，回路中各部分电压的代数和恒等于零。若规定电位升取正号，则电位降就取负号。