电路模型与电路定律题目讲解_简单MPPT电路

1、什么是电路模型？

实际电路与电路模型间的关系？建立在相同的电路理论基础之上。
实际电路定义：由电工设备和电气器件，按照预期目的连接构成的，电流的通路。
实际电路的功能：能量方面，可以传输、分配、转换能量；信息方面可以传递、控制、处理信息。
电路的模型：为了分析能量和信息的方便，把实际的电路，按照电的属性，抽象提炼出理论模型，
然后研究模型可以得到电路结论，这些结论与实际电路具体怎么样关系不大，与实际电路在笼统的能量方面和笼统的信息方面关系可能大。
生活中的实际电路：

两幅电路图：

画右边的模型就可以分析实际电路能量和信息，不用画左边的实际电路图。

2、模型抽象如何得到和模型抽象的精度问题？

如果实际电路和电路模型，他们的关系·不能很好近似或等价，那么分析电路模型所得到的结论就没有对实际电路的说服意义。

理想电路元件：有某种确定的电磁性能的理想元件。
电路模型：反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。电磁性质即电性质和磁性质，电伴随磁，磁便随电，两者不分开。

例如：将实际的元件——电池，分解成理想的即只有电阻特性的电阻Rs，和理想的即没有电阻的电源Us。

理想原件是电路模型中的最小单元，任何实际元件的实际特性，无非分解成理想原件的组合。

3、激励和响应

我们习惯将输入或者说电源负载交激励，输出或者说负载的动作叫响应。

4、常见的理想原件

存储和转移能量的元件：
1）电感元件：产生磁场，存储磁场能量的元件。
2）电容元件：产生电场。存储电场能量的元件。
耗能元件：
3）电阻元件：消耗电能的元件。
能量源头：
4）电压源：可以将其他形式的能量转变成电能的元件。
5）电流源：可以将其他形式的能量转变成电能的元件。

5、实际电路部件如何用电路模型表示？

①具有相同的主要电磁性能的实际电路部件,在一定条件下可用同一电路模型表示;

②同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。

1）在直流时，电感线圈只存在导线内的电流引起的能量损耗，我们认为它相当于理想元件——电阻。
2）在交流时，电感线圈存在导线内的电流引起的能量损耗，还存在磁场能的储存和释放。只考虑磁场能的储存和释放我们认为它相当于理想元件——电感。都考虑则我们认为它相当于理想元件组合——电阻和电感。
3）当交流频率很高时，还要考虑电容效应，都考虑则我们认为它相当于理想元件组合——电阻、电感、电容。

总结：实际电路的等效成什么理想元件，要看具体应用条件，抽象的过于复杂不便于分析，过于简单无法反映真实状态。

6、电路中的哲学

哲学里面——对就是错，错就是对。
正常我们说不是直流的电流是交流。
用哲学去钻牛角尖——直流是交流，交流是直流。
果然可以说——直流是频率为0的交流，频率为0的交流是直流。

7、初高中除法变成求导，乘法变成积分

7.1电流和电压的参考方向

1）电流的参考方向
电流定义：带电粒子有规则的定向运动。
电流强度定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量。

高中除法，大学求导。
高中的Q（电荷量大小）和t（时间经过长短）是恒定量，dq（变化了多少电荷量）和dt（时间相隔长短）是变化量

电流单位规定：A安培
电流方向规定：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向，元件或导线中的电流流动的实际方向只有两种可能：一种是从A端到B端，另一种是从B端到A端。

问题？
对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。
此时就只能从实际方向的两种可能中，人为任意假定一个正电荷运动的方向，以此方向作为电流的参考方向。

2）电压的参考方向

结论：电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压（电位差）保持不变。

电压的正负代表实际方向与参考方向是否相同。

8、电功率和能量

1）电功率定义：单位时间电场力所做的功。

2）电路吸收或发出功率的判断
关联参考方向，功率P大于零，实际吸收，功率P小于零，实际发出。
非关联参考方向，功率P大于零，实际发出，功率P小于零，实际吸收。

3）对一完整的电路，满足:发出的功率=吸收的功率

9、电路元件

1）电路元件

2）集总参数电路
集总参数电路，字面上看，总体上看，集合起来了的电路。
这里提一下后续会学的分布式参数电路，这是个难点。
集总参数电路的定义：由集总元件构成的电路。
集总元件定义：假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。

集总条件：电路尺寸d<<电磁过程辐射的电磁波长λ，我们认为电信息的转移速度是光速，d/c<<λ/c，即电经过电路尺寸的时间<<电磁过程的周期，这就使得下面第三幅图的m,n这样的内部点的物理量参数值极其集中(可能在小数点十几位后才不同)

集总参数电路要注意以下几点：
a）电流从A流入，到从B流出所经过的时间，视为零。
b）电压A与B间的电压有确定值，但是不考虑像m,n这样的内部点的电位值。

10、电阻元器件

1）电阻元件定义：对电流呈现阻力的元件。阻力大小在不同电压和电流下不同。

2）线性时不变电阻元件定义：任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。

u～i关系，满足欧姆定律，注意下图是关联参考方向，若非关联参考方向等号右边要加上负号。

G是电导，字面意思是有益电信号通过，R是电阻，字面意思是阻碍电信号通过。

好好看看短路与开路

1、电源为什么可以等效为负值电阻？

当然电源可以等效为负值电阻，但是它不是真实电阻。
思考：阻碍反义词有推动，电动势：即电子运动的趋势，能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。。

2、理想电压源

电源可以吸收功率，也可以发出功率。

同理：两个电流源供的电流大小不同时，是不可以串联的

3、理想电流源

4、实际电源

化学反应不可逆，则不可以充电，可逆则可以充电。

5、受控电源(非独立源)

两处电流电压的耦合关系不能作为激励，但是研究受控源接的负载，受控源在搞清楚控制量，被控量，控制功率，控制规律后，这时候受控源翻身做主，可以等效为理想电源处理。

上图：电流控制电压源
控制量是电流i1
受控量是电位差u=5i1

红色箭头是心中的虚拟箭头方向，则上图电阻是关联参考方向，电源是非关联参考方向，算出u2小于零，所以u2实际是上负下正。

1、在电路当中，理想电源的阻值与理想电源的u-i特性无关。

理想电压源的内阻是零，理想电流源的内阻是无穷。而在电路中的等效阻值有电路的连接情况决定。

发电机、蓄电池工作特性接近于电压源，电路模型表达为电压源电阻串联。
光电池特性比较接近于电流源，电路模型表达为电流源电阻并联。

2、基尔霍夫定律

基尔霍夫定律包括——基尔霍夫电流定律(KCL）和基尔霍夫电压定律(KVL )。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。
基尔霍夫定律（约束元件之间）与元件特性（例如伏安特性这样的特性，约束元件自身）构成了电路分析的基础。
基尔霍夫体现在，支路之间的几何的拓扑类约束，后续涉及到会讲解。

注意：当谈论回路个数时，不管回路方向。研究定理时，要研究方向。