《新能源汽車(chē)電力電子技術(shù)》課件-任務(wù)1 電路基礎(chǔ)

項(xiàng)目二電工基礎(chǔ)PART021.了解電路的概念與組成。2.掌握電路基本物理量的定義、類型、大小和方向。3.掌握電路元件的類型及各類型的差別。任務(wù)目標(biāo)一、電路基本知識(shí)（一）電路概念電路是電流流過(guò)的回路，它是將若干電工、電子元器件或設(shè)備按一定的方式相互連接、組合起來(lái)的整體。它是電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件等電系統(tǒng)的主要組成部分，起著產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換、控制、處理和儲(chǔ)存電能和電信號(hào)的作用。任務(wù)1電路基礎(chǔ)（二）簡(jiǎn)單電路組成簡(jiǎn)單電路主要由電源、負(fù)載（用電器）和中間環(huán)節(jié)組成，中間環(huán)節(jié)包括控制器件和連接導(dǎo)線，有些電路還有保護(hù)裝置。任務(wù)1電路基礎(chǔ)（三）電路工作狀態(tài)電路有三種狀態(tài)，分別是通路、斷路和短路。任務(wù)1電路基礎(chǔ)1.通路通路狀態(tài)下，電源與負(fù)載接通，有電流通過(guò)，使電氣設(shè)備和元器件獲得一定的電壓和電功率，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。在這種狀態(tài)下，電源端電壓與負(fù)載電流的關(guān)系可以用電源外特性確定。根據(jù)負(fù)載的大小，又分為滿載、輕載和過(guò)載三種情況。任務(wù)1電路基礎(chǔ)2.斷路斷路就是電路中某處斷開(kāi)，導(dǎo)致沒(méi)有電流通過(guò)，電源不向負(fù)載輸送電能。對(duì)于電源來(lái)說(shuō)，這種狀態(tài)叫空載。斷路狀態(tài)的主要特點(diǎn)是：電路中的電流為零，電源端電壓和電動(dòng)勢(shì)相等。任務(wù)1電路基礎(chǔ)3.短路如果外電路被阻值近似為零的導(dǎo)體接通，此時(shí)電源就處于短路狀態(tài)。電源內(nèi)阻一般很小，因而短路電流可能達(dá)到非常大的數(shù)值，導(dǎo)致電源有燒毀的危險(xiǎn)。防止短路的最常見(jiàn)方法是在電路中安裝保險(xiǎn)管。保險(xiǎn)管中的熔絲由低熔點(diǎn)的鉛錫合金、銀絲制成。當(dāng)電流增大到一定數(shù)值時(shí)，熔絲首先被熔斷，從而切斷電路。任務(wù)1電路基礎(chǔ)二、電路的基本物理量（一）電流1.定義電路中帶電粒子在電源作用下有規(guī)則的定向移動(dòng)形成了電流，它是一種物理現(xiàn)象。在國(guó)際單位制中，電流的單位是安培，簡(jiǎn)稱安，記作“A”。電流的單位有時(shí)也采用毫安（mA）、微安（μA）或千安（kA）。換算比例為1A=103mA=106μA=10-3kA。任務(wù)1電路基礎(chǔ)2.類型電流可以分為直流電流與交流電流，其波形如右圖。若電流的大小和方向不隨時(shí)間發(fā)生變化，則稱為直流電流，用“I”表示。生活中使用的可移動(dòng)、外置式電源提供的是直流電。若電流的大小和方向隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生變化，則稱為交流電流，用“i”表示。生活用電使用電源提供的是交流電。任務(wù)1電路基礎(chǔ)3.大小電流的大小用電流強(qiáng)度表示。電流強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，假設(shè)在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫截面的電荷量為q，則通過(guò)該截面的電流為：式中，dq是通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，C；dt為電荷通過(guò)導(dǎo)體的時(shí)間，s。任務(wù)1電路基礎(chǔ)4.方向在對(duì)電路進(jìn)行分析時(shí)，可以先任意假定電流方向，根據(jù)所假定的電流參考方向列寫(xiě)電路方程式求解。若電流為正值，則表示電流的實(shí)際方向與參考方向相同；若電流為負(fù)值，則表示電流的實(shí)際方向與參考方向相反。任務(wù)1電路基礎(chǔ)（二）電壓1.定義電壓也稱作電勢(shì)差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場(chǎng)中由于電勢(shì)不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。電源是提供電壓的裝置，電壓是形成電流的原因。在國(guó)際單位制中，電壓的單位是伏特，簡(jiǎn)稱伏，記作“V”。電壓的單位有時(shí)也采用毫伏（mV）、微伏（μV）或千伏（kV）。換算比例為1V=103mV=106μV=10-3kV。任務(wù)1電路基礎(chǔ)2.類型（1）按電壓方向分。按電壓方向，電壓可分為直流電壓和交流電壓。（2）按電壓大小分。按大小，電壓可分為高電壓、低電壓和安全電壓。任務(wù)1電路基礎(chǔ)3.大小電壓的大小等于單位正電荷因受電場(chǎng)力作用從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功。假設(shè)電荷在移動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生或失去的能量為dW，則電壓為：式中，dq是由電路的一點(diǎn)移到另一點(diǎn)的電荷量，C；dW為轉(zhuǎn)移過(guò)程中，電荷dq獲得或失去的能量，J。任務(wù)1電路基礎(chǔ)4.方向在大小和方向不隨時(shí)間變化而變化的直流電路中，電壓的實(shí)際方向從高電位流向低電位，即電位降低的方向。首先假定電壓的參考方向，根據(jù)所假定的電壓參考方向列寫(xiě)電路方程式求解。若電壓為正值，則表示電壓的實(shí)際方向與參考方向相同；若電壓為負(fù)值，則表示電壓的實(shí)際方向與參考方向相反。任務(wù)1電路基礎(chǔ)（三）電動(dòng)勢(shì)1.定義電動(dòng)勢(shì)是表征電源特征的物理量，它能夠使電源兩端產(chǎn)生電壓。電源的電動(dòng)勢(shì)和非靜電力密切相關(guān)。非靜電力是指除靜電力外能對(duì)電荷流動(dòng)起作用的力，不同電源非靜電力的來(lái)源不同，能量轉(zhuǎn)換形式也不同。電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力將正電荷從電源負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移至正極所做的功。電動(dòng)勢(shì)用符號(hào)E表示，單位為伏特（V）。任務(wù)1電路基礎(chǔ)2.大小電動(dòng)勢(shì)的大小等于非靜電力把單位正電荷從電源的負(fù)極，經(jīng)過(guò)電源內(nèi)部移到電源正極所做的功。電動(dòng)勢(shì)越大，說(shuō)明非靜電力在電源內(nèi)部從負(fù)極向正極移送的電荷量越多。電動(dòng)勢(shì)大小的計(jì)算公式為：式中，W為電源中非靜電力把正電荷量q從負(fù)極經(jīng)過(guò)電源移至電源正極時(shí)所做的功。任務(wù)1電路基礎(chǔ)3.方向電動(dòng)勢(shì)的方向與電壓方向相反，是從低電位流向高電位，即電位升高的方向。任務(wù)1電路基礎(chǔ)三、電路元件（一）無(wú)源元件1.電阻元件在電路中起阻流作用的元器件稱為電阻元件，主要用于降壓、分壓和分流。電阻元件上電壓和電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。如果電阻元件的伏安特性在u-i坐標(biāo)軸中是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，則稱為線性電阻。任務(wù)1電路基礎(chǔ)2.電容元件電容元件簡(jiǎn)稱電容。電容是電容器的簡(jiǎn)稱，是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一。電容亦稱作“電容量”，是指在給定電位差下的電荷儲(chǔ)藏量，因此電容是儲(chǔ)能元件，其在某一時(shí)刻的儲(chǔ)能只取決于該時(shí)刻的電壓值，與電壓的過(guò)去變化和進(jìn)程無(wú)關(guān)。電容的國(guó)際單位是法拉（F），在電路中記為C，C=—。電容的其他單位還有微法（μF）、納法（nF）或皮法（pF），其單位換算是1F=106μF=109nF=1012pF。任務(wù)1電路基礎(chǔ)Qu3.電感元件電感元件簡(jiǎn)稱為電感。電感是閉合回路的一種屬性，用于描述線圈電流的變化。當(dāng)線圈有電流通過(guò)時(shí)，在線圈中會(huì)形成感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流來(lái)阻礙通過(guò)線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱為電的感抗，也就是電感。電感的國(guó)際單位是亨利（H），在電路中記為L(zhǎng)。電感的其他單位還有毫亨（mH）、微亨（μH）或納亨（nH），其單位換算是1H=103mH=106μH=109nH。任務(wù)1電路基礎(chǔ)（二）有源元件1.電壓源（1）理想電壓源。理想電壓源的內(nèi)阻為0，兩端電壓不隨電流的變化而變化，總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)值。通過(guò)電壓源的電流由電源及外電路共同決定。因此理想電壓源不能并聯(lián)使用，兩端不能被短路，否則將流過(guò)無(wú)窮大的電流。任務(wù)1電路基礎(chǔ)理想電壓源的伏安特性為一條平行于電流軸的直線。若us=Us，即為直流電源；若us隨著時(shí)間變化，則平行于電流軸的直線也會(huì)隨著時(shí)間的變化而改變位置；電壓為0的電壓源，其伏安曲線與i軸重合，此時(shí)處于短路狀態(tài)。任務(wù)1電路基礎(chǔ)（2）實(shí)際電壓源。實(shí)際電壓源隨著輸出電流的增大，端電壓將下降。實(shí)際電壓源同樣不允許短路，因其內(nèi)阻小，若短路則可能燒毀電源。實(shí)際電壓源可以用理想電壓源串聯(lián)一個(gè)內(nèi)阻來(lái)等效。其伏安特性曲線如圖所示。電阻越大，斜率越大；電阻越小，越接近理想電壓源。任務(wù)1電路基礎(chǔ)2.電流源（1）理想電流源。若流過(guò)二端元件的電流不隨兩端電壓的變化而變化，保持固定數(shù)值，此元件則為理想電流源。電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；與兩端電壓方向、大小也無(wú)關(guān)。電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定，其內(nèi)阻無(wú)窮大。任務(wù)1電路基礎(chǔ)理想電流源的伏安特性為一條平行于電壓軸的直線。若is=Is，即為直流電流源。反映輸出電流與端電壓無(wú)關(guān)；若is隨