汽车电工电子技术配套教学课件郑广军ppt 第3章.ppt

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1、汽车电工电子第3章电路的过渡过程及换路定律过渡过程的产生与换路定律一阶RC、RL电路的过渡过程分析本章学习目标1、了解电路中产生过渡过程的原因2、掌握换路定律3、掌握RC电路的分析方法4、掌握RL电路过程的求解方法当电路接通、断开或电路各元件的参数变化时，电路中的电压、电流等都在发生改变，从原来的稳定状态变化到另一个新的稳定状态，这个过程称过渡过程。它不能瞬间完成，需要一定的时间（尽管往往是极短暂的），又称暂态过程。电路在过渡过程中的工作状态称暂态。3.1过渡过程的产生与换路定律3.1.1．电路中产生过渡过程的原因电路中之所以出现过渡过程，是因为电路中有电感、电容这

2、类储能元件的存在。如图RC串联电路，当接通电源的瞬间，电容C两端的电压并不能即刻达到稳定值U，而是有一个从合闸前的uC=0逐渐增大到uC=U的过渡过程。RL串联电路的过渡过程对于电感电路，当电源接通后，电路的电流也不可能立即跃变到U/R，而是从iL=0逐渐增大到iL=U/R（见图3-2(b)）这样一个过渡过程。3.1.2．换路定律电路工作状态的改变如电路的接通、断开、短路、改路及电路元件参数值发生变化等，称换路。注意，换路定律只说明电容上电压和电感中的电流不能发生跃变，而流过电容的电流、电感上的电压以及电阻元件的电流和电压均可以发生跃变。用t=0-表示换路前的终了瞬

3、间，t=0+表示换路后的初始瞬间，则换路定律表示为换路定律的物理原因自然界物体所具有的能量不能突变，能量的积累或释放需要一定的时间。所以电容C存储的电场能量不能突变使得不能突变；同样，电感L储存的磁场能量不能突变使得不能突变。若UC发生突变，这是不可能的以RC串联电路来分析：换路后过渡过程的初始值的确定1）分析换路前(t=0-)电路，求出电容电压、电感电流，即uC（0-）、iL（0-）。2）由换路定律确定uC（0+）及iL（0+）。3）进而计算出换路后（t=0+）电路的各参数即过渡过程的初始值。3.2．一阶RC、RL电路的过渡过程分析根据电路规律列写电压、电流的微分

4、方程，若微分方程是一阶的，则该电路为一阶电路（一阶电路中一般仅含一个储能元件）。3.2.1．RC电路的过渡过程分析1．RC电路的零输入响应零输入是指无电源激励，输入信号为零。在零输入时，由电容的初始状态所产生的电路响应，称为零输入响应。RC电路的零输入响应求解其通解形式为根据基尔霍夫电压定律：将其代入上式，得出特征方程所以方程的解为：根据初始条件解得称为RC电路的时间常数，表示电容放电的快慢。2．RC电路的零状态响应零状态是指换路前电容元件没有储能，。在此条件下，由电源激励所产生的电路响应，称为零状态响应。根据基尔霍夫电压定律：其特解即电路的稳态分量为而其通解即电路

5、的暂态分量为解得称为RC电路的时间常数，表示电容充电的快慢。3．RC电路的全响应RC电路的全响应是指电源激励E、电容元件的初始状态均不为零时电路的响应，也就是零输入响应和零状态响应的叠加。可以看出：全响应=零输入响应+零状态响应，这也是叠加定理在电路过渡过程中的体现和运用。电路方程它的解为3.2.1．RL串联电路的过渡过程1．RL零状态响应式中，为时间常数。L越大，电感储有磁场能越多，产生阻碍电流变化的感生电动势越来越大，阻碍作用越强；R越小，在同样电压下电感所得电流U/R越大，储能越多，所以过渡过程时间越长.变化越缓慢。根据基尔霍夫定律:电路电流的解为:2．RL零

6、输入响应根据基尔霍夫定律，列出t≥0时的电路方程与电容电路相似，电路电流的解为3．RL电路的全响应与电容电路相似，电感电路的全响应为零输入响应和零状态响应的叠加：结论：RC电路和RL电路接通直流电路的过程，也就是对阶跃激励的响应。可以先分别求零状态响应和零输入响应，再求全响应。求解方法用解常系数微分方程的经典方法方程的解由稳态分量和暂态分量组成。