电路过渡过程PPT课件.ppt
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1、电路的暂态分析1.0702电路的暂态分析(电路的过渡过程)1 概述2 换路定理及初始值的确定3 一阶电路过渡过程的分析4 脉冲激励下的RC电路5 含有多个储能元件的一阶电路2.0702tE稳态暂态旧稳态 新稳态 过渡过程:C电路处于旧稳态SRE+_开关S闭合3.1 概述电路处于新稳态RE+_“稳态”与“暂态”的概念:3.0702w 产生过渡过程的电路及原因?无过渡过程I电阻电路t=0ER+_IS电阻是耗能元件,电阻电流随电阻两端电压成比例变化,不存在过渡过程。4.0702Et 电容为储能元件,它储存的能量为电场能量,其大小为:电容电路储能元件 因为能量的存储和释放需要一个过程,所以有电容的电路
2、存在过渡过程。ESR+_CuC5.0702t储能元件电感电路 电感为储能元件,它储存的能量为磁场能量,其大小为:因为能量的存储和释放需要一个过程,所以有电感的电路存在过渡过程。SRE+_t=0iL6.0702结论 有储能元件(L、C)的电路在电路状态发生变化时(如:电路接入电源、从电源断开、电路参数改变等)存在过渡过程;纯电阻(R)电路,不存在过渡过程。电路中的 u、i在过渡过程期间,从“旧稳态”进入“新稳态”,此时u、i 都处于暂时的不稳定状态,所以过渡过程又称为电路的暂态过程。7.0702 讲课重点:直流电路、交流电路都存在过渡过程。我们讲课的重点是直流电路的过渡过程。研究过渡过程的意义:
3、过渡过程是一种自然现象,对它的研究很重要。过渡过程的存在有利有弊。有利的方面,如电子技术中常用它来产生各种波形;不利的方面,如在暂态过程发生的瞬间,可能出现过压或过流,致使设备损坏,必须采取防范措施。说明:8.0702一、换路定理换路:电路状态的改变。如:3.2 换路定理及初始值的确定1.电路接通、断开电源2.电路中电源的升高或降低3.电路中元件参数的改变.9.0702换路定理:在换路瞬间,电容上的电压、电感中的电流不能突变。设:t=0 时换路-换路前瞬间-换路后瞬间则:10.0702 换路瞬间,电容上的电压、电感中的电流不能突变的原因解释如下:自然界物体所具有的能量不能突变,能量的积累或 释
4、放需要一定的时间。所以*电感 L 储存的磁场能量不能突变不能突变不能突变不能突变电容C存储的电场能量11.0702*若发生突变,不可能!一般电路则所以电容电压不能突变从电路关系分析SRE+_CiuCS 闭合后,列回路电压方程:12.0702二、初始值的确定求解要点:1.2.根据电路的基本定律和换路后的等效电路,确定其它电量的初始值。初始值(起始值):电路中 u、i 在 t=0+时 的大小。13.0702例1换路时电压方程:不能突变 发生了突跳根据换路定理解:求:已知:R=1k,L=1H,U=20 V、设 时开关闭合开关闭合前iLUSt=0uLuR仍然满足克氏定律14.0702已知:电压表内阻设
5、开关 S 在 t=0 时打开。求:S打开的瞬间,电压表两端的电压。解:换路前(大小,方向都不变)换路瞬间例2S.ULVRiL15.0702t=0+时的等效电路V注意:实际使用中要加保护措施SULVRiL16.0702已知:S 在“1”处停留已久,在t=0时合向“2”求:的初始值,即 t=(0+)时刻的值。例3 E1k2k+_RS12R2R16V2k17.0702解:E1k2k+_RS12R2R16V2k换路前的等效电路ER1+_RR218.0702t=0+时的等效电路E1k2k+_R2R13V1.5mA+-19.0702计算结果电量Ek2k+_RS12R2R16V2k20.0702小结 1.换
6、路瞬间,不能突变。其它电量均可能突变,变不变由计算结果决定;3.换路瞬间,电感相当于恒流源,其值等于,电感相当于断路。2.换路瞬间,电容相当于恒压源,其值等于电容相当于短路;21.0702SRE+_C电压方程 根据电路规律列写电压、电流的微分方程,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。)如:3.3 一阶电路过渡过程的分析一阶电路的概念:22.07023.3.1 一阶电路过渡过程的求解方法(一)经典法:用数学方法求解微分方程;(二)三要素法:求初始值稳态值时间常数 23.0702一、经典法一阶常系数线性微分方程由数学分析知此种微分方程的解由两部分组成:方程的特解
7、对应齐次方程的通解(补函数)即:例SRE+_C24.0702(常数)。代入方程,得:和外加激励信号具有相同的形式。在该电路中,令作特解,故此特解也称为稳态分量或强 在电路中,通常取换路后的新稳态值 记做:制分量。所以该电路的特解为:1.求特解 25.07022.求齐次方程的通解 通解即:的解。随时间变化,故通常称为自由分量或暂态分量。其形式为指数。设:A为积分常数P为特征方程式的根其中:26.0702求P值:求A:得特征方程:将代入齐次方程:故:27.0702所以代入该电路的起始条件得:28.0702故齐次方程的通解为:29.07023.微分方程的全部解 SRE+_C30.0702称为时间常数
8、定义:单位R:欧姆C:法拉:秒31.0702当 t=5 时,过渡过程基本结束,uC达到稳态值。当 时:tE次切距t000.632E 0.865E 0.950E 0.982E 0.993E 0.998E32.0702关于时间常数的讨论的物理意义:决定电路过渡过程变化的快慢。tSRE+_C33.0702tE0.632E 越大,过渡过程曲线变化越慢,uC达到 稳态所需要的时间越长。结论:34.0702二、三要素法根据经典法推导的结果:可得一阶电路微分方程解的通用表达式:SRE+_C35.0702其中三要素为:初始值-稳态值-时间常数-代表一阶过渡过程电路中任一电压、电流随时间变化的函数。式中 利用求
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