电工学课件第六版_秦曾煌.ppt

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1、第3章电路的暂态分析3.2换路定则与电压和电流初始值的确定3.3RC电路的响应3.4一阶线性电路暂态分析的三要素法3.6RL电路的响应3.5微分电路和积分电路3.1电阻元件、电感元件与电容元件教学要求：稳定状态：在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。暂态过程：电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。1.理解电路的暂态和稳态、零输入响应、零状态响应、全响应的概念，以及时间常数的物理意义。2.掌握换路定则及初始值的求法。3.掌握一阶线性电路分析的三要素法。第3章电路的暂态分析电路暂态分析的内容1.利用电路暂态过程产生特定波形的电信号如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。研究暂态过程

2、的实际意义2.控制、预防可能产生的危害暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使电气设备或元件损坏。(1)暂态过程中电压、电流随时间变化的规律。直流电路、交流电路都存在暂态过程,我们学习的重点是直流电路的暂态过程。(2)影响暂态过程快慢的电路的时间常数。在直流电路中（稳态），电感元件可视为短路（两端电压为0），电容元件可视为开路（其中电流为0）。但在暂态过程中，电容中的电流以及电感两端的电压都不为零。在交流电路中，电感元件和电容元件中的电流均不为零。电阻元件：消耗电能，转换为热能（电阻性）电感元件：产生磁场，存储磁场能（电感性）电容元件：产生电场，存储电场能（电容性）3.1电阻元件、电感元

3、件与电容元件3.3.1电阻元件描述消耗电能性质的电路元件根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系线性电阻（金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关，表达式为：)表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。电阻的能量Ru+_对于一个电感线圈，习惯上规定感应电动势的参考方向与磁通的参考方向之间符合右手螺旋定则。线圈的感应电动势为：1.电感的定义通常磁链或磁通是由通过线圈的电流产生的，当线圈中没有铁磁材料时L为线圈的电感，也称为自感。3.3.2电感元件此时的感应电动势也称为自感电动势：线圈的电感与线圈的尺寸、匝数及介质的磁导率μ有关：电感的单位为亨[利](H).S—线圈横截

4、面积（m2）l—线圈长度（m）N—线圈匝数μ—介质的磁导率（H/m）2.电感元件的电压电流关系电感中出现的自感电动势表现在电感两端有电压降产生。设一电感元件电路电压、电流及电动势的参考方向如图所示。根据基尔霍夫电压定律：从而：把上式两边积分可得：式中为t=0时电流的初始值。如果＝0则：(3)电感元件的储能根据基尔霍夫定律可得：将上式两边同乘上i，并积分，则得：即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。磁场能3.3.3电容元件描述电容两端加电源后，其两个极板上分别聚集起等量异号的电荷，在介质中建立

5、起电场，并储存电场能量的性质。电容：uiC+_电容元件电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关。S—极板面积（m2）d—板间距离（m）ε—介电常数（F/m）当电压u变化时，在电路中产生电流:1.电容元件的电压与电流的关系对于图中的电路有：对上式两边积分，可得：式中u0为t=0时电压的初始值。如果u0＝0则：2.电容元件的电场能量电容元件中存储的电场能量为：把式两边乘以u并积分得：特征电阻元件电感元件电容元件参数定义电压电流关系能量元件总结3.2换路定则与电压、电流初始值的确定1.电路中产生暂态过程的原因电流i随电压u比例变化。合S后：所以电阻电路不存在暂态过程(R耗能元件)。图(a

6、)：合S前：例：tIO(a)S+-UR3R2u2+-3.2换路定则与初始值的确定图(b)合S后：由零逐渐增加到U所以电容电路存在暂态过程uC+-CiC(b)U+-SR合S前:U暂态稳态ot产生暂态过程的必要条件：∵L储能：换路:电路状态的改变。如：电路接通、切断、短路、电压改变或参数改变不能突变Cu∵C储能：产生暂态过程的原因：由于物体所具有的能量不能跃变而造成在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变若发生突变，不可能！一般电路则(1)电路中含有储能元件(内因)(2)电路发生换路(外因)电容电路：注：换路定则仅适用于换路瞬间确定暂态过程中uC、iL的初始值。设：t=0—表示换路瞬间(定为计时起

7、点)t=0-—表示换路前的终了瞬间t=0+—表示换路后的初始瞬间（初始值）2.换路定则电感电路：3.初始值的确定求解要点：(2)其它电量初始值的求法:初始值：电路中各u、i在t=0+时的数值。(1)uC(0+)、iL(0+)的求法:1)先由t=0-的电路求出uC(0–)、iL(0–)；2)根据换路定则求出uC(0+)、iL(0+)。1)由t=0+的等效电路求其它电量的初始值；2)在t=0+时的电压方程中uC=uC(0+)