电工学(少学时)第2章电路的瞬态分析ppt课件.ppt

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1、第2章电路的瞬态分析2.1瞬态分析的基本概念2.2储能元件2.3换路定律2.4RC电路的瞬态分析2.5RL电路的瞬态分析2.6一阶电路瞬态分析的三要素法下一章上一章返回主页1大连理工大学电气工程系暂态分析常用方法经典法:解微分方程实验法:仪器观测运算法:应用Laplace变换将微分方程变换为代数方程本章主要分析RC和RL一阶线性电路的暂态过程，着重讨论下面两个问题：(1)暂态过程中电压和电流(响应)随时间的变化规律;(2)影响暂态过程快慢的电路的时间常数。2大连理工大学电气工程系2.1瞬态分析的基本概念一、稳态和瞬态

2、电路的结构和元件的参数一定时，电路的工作状态一定，电压和电流不会改变。这时电路所处的状态称为稳定状态，简称稳态。当电路在接通、断开、改接以及参数和电源发生突变时，都会引起电路工作状态的变化。换路3大连理工大学电气工程系换路后电路为什么会产生过渡过程？换路后，旧的工作状态被破坏、新的工作状态在建立，电路将从一个稳态变化到另一个稳态，若电路中含有储能元件，则这种变化往往不能瞬间完成，而是有一个过渡过程。电路在过渡过程中所处的状态称为过渡状态，简称瞬态(暂态)。换路是引起过渡过程的外因。储能元件电容中的电场能和电感中的磁场

3、能的不能突变，是引起过渡过程的内因。4大连理工大学电气工程系二、激励和响应电路从电源（包括信号源）输入的信号统称为激励。激励有时又称输入。电路在外部激励的作用下，或者在内部储能的作用下产生的电压和电流统称为响应。响应有时又称输出。(1)零输入响应换路时电路在无外部激励的情况下，仅由内部储能元件中所储存的能量所引起的响应。按照产生响应原因的不同，响应可分为：5大连理工大学电气工程系(2)零状态响应(3)全响应在换路时储能元件的初始储能为零的情况下，仅由外部激励所引起的响应。在换路时储能元件已储有能量的情况下，再加上外部

4、激励所引起的响应。在线性电路中:全响应＝零输入响应＋零状态响应6大连理工大学电气工程系阶跃响应即在直流电源作用下的响应。按照激励波形的不同，零状态响应和全响应可分为阶跃响应、正弦响应和脉冲响应等。utOUu(t)=0,当t<0时换路U,当t>0时阶跃激励换路前电路与电源断开换路后电路与电源接通在阶跃激励作用下的响应称为阶跃响应。7大连理工大学电气工程系一、电容元件电容元件是储能元件，电容元件将电源传输给它的电能以电场能量的形式储存起来。所以电容元件具有储存电场能量的物理性质。电容元件用字母C来表示，其国际标准单位为法

5、拉（F），经常用的辅助单位还有微法拉（μF）、皮法拉（pF），它们之间的换算关系为：iuC+–2.2储能元件8大连理工大学电气工程系C=qu（伏）V库仑（C）法拉（F）若C为大于零的常数,则称为线性电容。iuCqq当电容器极板两端加电压后，其两个极板上分别聚集起等量异号的电荷，在介质中建立起电场，其电荷量q与所加电压u成比例，这个比例系数就称为电容。若电路的某一部分只具有储存电场能量的性质时，称它为理想电容元件。符号C9大连理工大学电气工程系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

6、面积（m2）d—板间距离（m）ε—介电常数（F/m）当电压u随时间变化时，电容器两极板上的电荷也将随之变化，则在电路中产生电流:=Cdtdui=dtdqC=qu在直流稳态时，i=0电容相当于直流开路。电容的属性：隔直流、通交流10大连理工大学电气工程系Ciu＋－电容的瞬时功率p=ui=Cududtu的绝对值增大时，>0,p>0,电容从外部输入功率，ududt把电能转换成了电场能。u的绝对值减小时，<0,p<0,电容向外部输出功率，ududt电场能又转换成了电能。电压与电流关系∫–1Cidt=u=t∫–1Cidt+

7、0∫01Cidtt或=u0+01Cidtt∫11大连理工大学电气工程系Ciu＋－t=0t0电容中储存的电场能u=0U从外部输入的电能We=CU212若外部不能向电容提供无穷大的功率,电场能就不可能发生突变。因此，电容的电压u不可能发生突变。p=dWedt由于—————单位为焦[耳](J)能量关系12大连理工大学电气工程系多个电容串联时对外电路可以等效为一个电容C1u＋－C2＋－u1＋－u2=1C1C1＋1C2u1=C2C1＋C2uu2=C1C1＋C2uu＋－C1C2C＝C1＋C2多个电容并联时对外电路可以等效为一

8、个电容13大连理工大学电气工程系电容图片陶瓷电容云母电容薄膜电容复合介质电容铝电解电容钽电解电容真空电容14大连理工大学电气工程系二、电感元件电感元件是储能元件，电感元件将电源传输给它的电能以磁场能量的形式储存起来。所以电感元件具有储存磁场能量的物理性质。电感元件用字母L来表示，其国际标准单位为亨利（H），经常用的辅助单位还有毫亨利（mH），它