电工学 第2章 课后习题答案 课件.ppt

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1、第2章电路的暂态分析2.1暂态分析的基本概念2.2储能元件和换路定律2.3RC电路的暂态分析2.4RL电路的暂态分析2.5一阶电路暂态分析的三要素法分析与思考练习题教学基本要求返回主页返回基本要求1.了解电路的稳态和暂态，激励和响应；2.理解储能元件的电压电流关系、储能特性和在稳态直流电路中的作用；3.理解电路的换路定律；4.了解用微分方程式法求电路响应，理解储能元件的放电和充电规律；5.理解时间常数的意义；6.掌握初始值、稳态值和时间常数的计算方法，掌握三要素法。2.1暂态分析的基本概念换路：电路在接通、断开、改接以及参数和

2、电源发生突变等等。(一)稳态和暂态稳态暂态新的稳态换路稳态：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。暂态(过渡状态)：电路在过渡过程中所处的状态。返回下一节下一页电路在换路后出现过渡过程的原因：电路中有储能元件——电容C或电感L开关S闭合US稳态暂态旧稳态新稳态返回下一节下一页上一页SRtO(二)激励和响应激励(输入)：电路从电源(包括信号源)输入的信号。响应分类：全响应=零输入响应+零状态响应响应(输出)：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。阶跃响应正弦响应脉冲响应零

3、输入响应零状态响应全响应——阶跃激励产生原因激励波形返回下一节下一页上一页2.2储能元件(一)电容++––电压与电流的关系:瞬时功率：返回上一节下一节下一页上一页(a)电容器(b)理想元件图2.2.1电容说明C从外部输入电功率电能电场能说明C向外部输出电功率电场能电能当t=0ξ时,u由0U,则输入电能瞬时功率则C储存的电场能:单位：焦[耳](J)返回上一节下一节下一页上一页所以电容电压u不能发生突变,否则外部需要向C供给无穷大功率。C储存的电场能直流电路中U=常数I=0C相当于开路,隔直流作用返回上一节下一节下一页上一

4、页则电容串联电容并联返回上一节下一节下一页上一页(二)电感设线圈匝数为N，则磁链Ψ=NΦL电感单位：韦[伯](Wb)单位：亨[利](H)返回上一节下一节下一页上一页(a)电感器(b)理想电感元件图2.2.1电容L规定：e的方向与磁场线的方向符合右手螺旋定则时e为正，否则为负。KVL：e=–u则电感电压与电流的关系瞬时功率返回上一节下一节下一页上一页因为所以说明L从外部输入电功率电能磁场能说明L向外部输出电功率磁场能电能当t=0ξ时,i由0I,则输入电能则L储存的磁场能单位：焦[耳](J)瞬时功率返回上一节下一节下一页上

5、一页所以电感电流i不能发生突变,否则外部需要向L供给无穷大功率。直流电路中I=常数U=0L相当于短路,短直流作用L储存的磁场能返回上一节下一节下一页上一页则L2L1L2L1电感串联：电感并联：返回上一节下一节下一页上一页2.3换路定理设：t=0时换路---换路前瞬间---换路后瞬间则：电容电压、电感电流在换路瞬间不能突变。注意：2、稳态值用u(∞)i(∞)表示；暂态值用u(0)i(0)表示。1.换路瞬间，uC、iL不能突变。其它电量均可能突变，变不变由计算结果决定；返回上一节下一节下一页上一页初始值的确定求解思路：(2)其它电

6、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+)。要点1.换路瞬间，uC、iL不能跃变,但其它电量均可以跃变。3.换路前,若uC(0-)0,换路瞬间(t=0+等效电路中),电容元件可用一理想电压源替代,其电压为uc(0+);换路前,若iL(0-)0

7、,在t=0+等效电路中,电感元件可用一理想电流源替代，其电流为iL(0+)。2.换路前,若储能元件没有储能,换路瞬间(t=0+的等效电路中)，可视电容元件短路，电感元件开路。[例2.2.1]如图所示电路中,已知US=5V，IS=5A，R=5Ω。开关S断开前电路已稳定。求S断开后R、C、L的电压和电流的初始值和稳态值。[解](1)求初始值根据换路定律，由换路前(S闭合时)的电路求得返回上一节下一节下一页上一页图2.2.4例2.2.1的电路然后，根据uC(0)和iL(0)，由换路后(S断开时)的电路求得返回上一节下一节下一页上一页

8、(2)求稳态值首先，由C相当于开路、L相当于短路，可得然后，由换路后的电路再求得返回上一节下一节下一页上一页2.4RC电路的暂态分析(一)RC电路的零输入响应t=0时换路换路前,S合在a端uC(0)=U0换路后,S合在b端uC(∞)=0研究uC和iC返回上一节下一节下一页上一