《工学暂态分析》ppt课件

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1、第3章电路的瞬态（暂态）过程3.1概述3.2RC电路的瞬态过程3.3一阶线性电路的三要素法3.5微分电路和积分电路3.4RL电路的响应教学要求：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.理解电路的瞬态和稳态、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章电路的瞬态过程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。研究暂态过程的实际意义2

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,我们讲课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。二、电感元件电阻元件、电感元件与电容元件若磁通的单位为韦伯（Wb），电流的单位为安培（A），则电感的单位为亨利，简称亨，用字母H表示。法拉第发现：感应电动势e的大小正比于磁通的变化率。楞次发现：感应电动势e的方向总是力图阻碍原来磁通的变化。通常规定感应电动势e的参考方向与磁通的参考方向符合右手螺旋定则，在此

3、规定下，便可得到自感电动势的表达式为。电感线圈两端的电压为Le+u-由此可见，电感是一种储能元件。当流过电感元件的电流为i时，它所储存的磁场能(量)为实际的电感器除了有储能作用外，还会消耗一部分电能，这主要是由于构成电感的线圈导线总存在一些电阻的缘故。可用电感与电阻的串联电路模型来表示实际电感器。在t时刻电感的瞬时功率为三、电容元件电容器的构成原理都是由两块金属极板间隔以不同的介质(如云母、瓷介质、绝缘纸、聚酯膜、电解质等)组成的。当在极板上加上电压后，两块极板上将分别聚集等量的正、负电荷，并在介质中建立起电场，从而具有电场能量。将电源移去后，

4、电荷可继续聚集在极板上，电场继续存在。电容器是一种能够储存电荷或以电场形式储存能量的器件。理想电容元件简称为电容。电容的符号如图所示。uiC+_电容元件电容的容量定义为单位电压所能存储的电荷量。即式中q的单位为库仑，u的单位为伏特，C的单位为法拉，简称法，用字母F表示。由于法拉的单位太大，通常采用微法(μF)或皮法(pF)表示。当电容电压和电流为关联参考方向时，由电流的定义在任一时刻，电路中电容的电流与其端电压的变化率成正比。对于恒定电压，电容中的电流为零。所以电容对直流电而言相当于开路。在t时刻电容的瞬时功率为上式表明，p(t)不总是大于等于

5、0，当u(t)为正值时，且有增大的趋势时，p(t)>0，表明电容吸收能量，电能以电场能储存在电容中；当u(t)为正值时，且有减小的趋势时，p(t)<0，说明电容将储存在其中的电场能提供给电路。由此可见，电容与电感一样，也是一种储能元件。当电容两端的电压为u时，它所储存的电场能(量)为实际的电容器除了有储能作用外，还会消耗一部分电能。可用电容与电阻的并联电路模型来表示实际电容器。3.1换路定则与电压和电流初始值的确定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)：合S前：例：tIO(

6、a)S+-UR3R2u2+-3.1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：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中uC、iL初始值。设：t=0—表

7、示换路瞬间(定为计时起点)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)根据换路定律求出uC(0+)、iL(0+)。1)由t=0+的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+)、t=0+时的电流方程中iL=iL(0+)。暂态过程初始值的确定例1．解：(1)由换路前电路求由已知条件知根

8、据换路定则得：已知：换路前电路处稳态，C、L均未储能。试求：电路中各电压和电流的初始值。S(a)CUR2R1t=0+-L暂态过程初始值的确定例1:i