电工基础 教学课件 作者 谢述双 项目六 认识动态电路的暂态分析.ppt

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1、一阶动态电路的基本知识任务一知识点：技能点：1．稳态和暂态的概念2．暂态过程及其产生的原因3．换路定则及暂态电路的初始值的确定4．一阶电路的三要素法1.会确定暂态电路的初始值2.会用三要素法求解一阶电路观察如图6-1所示电路的实验，当开关S接通的瞬间，与电阻R串联的灯泡会马上发亮并且亮度不变；与电容C串联的灯泡则从亮慢慢变暗，到最后熄灭；与电感L串联的灯泡则从暗慢慢变亮，到最后亮度稳定。同样的三个灯泡，与不同的元件串联后并联在同一个电源上，为什么会出现不同的亮度变化呢？其中有什么规律吗？图6-1实验电路与电阻R串联的灯泡立即发亮且亮度不再变化，说明电阻R支路没有经历

2、逐渐变化的过渡过程而是立刻进入新的稳态；而电感L支路、电容C支路灯泡亮度的变化，表明这两条支路经历了逐渐变化的过渡过程。由前述知识可知，电阻是耗能元件，所以电阻支路瞬间就完成了从原来的稳态到新的稳态的变化，不需要经历过渡过程；而电感与电容是储能元件，能量的积累和释放需要时间，所以电感、电容支路从原来的稳态经历了过渡过程，才能变化到新的稳态。本任务就是介绍关于过渡过程的基本知识。任务展示任务分析一、电路的过渡过程1.稳定状态在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值，电路的这种状态叫稳定状态，简称稳态。2.暂态过程当电路的结构或元件的参数发生变化时，电路从一种稳态变化到

3、另一种稳态，需要一个动态的变化过程，该过程称为电路的过渡过程，也叫动态过程或暂态过程，简称暂态。3.换路电路的结构或元件的参数发生变化称为换路。如：电路接通、切断、短路、电源突然变化、电压改变或参数改变等。4.暂态过程产生的原因(1)内因：电路中含有电容或者电感等储能元件。(2)外因：电路发生换路。相关知识二、换路定律1.换路定律设为换路的瞬间，为换路前的终了瞬间，为换路后的初始瞬间,0-和0+，在数值上都等于0；为换路后的稳态。因为电容C储存电场能，电场能与端电压有关，所以uC不能。因为电感L储存磁场能，磁场能与电流有关，所以iL不能突变。（1）具有电感的电路在换

4、路后的一瞬间，如果电感两端的电压保持为有限值，则电感中的电流应当保持换路前一瞬间的原有值而不能跃变。即：iL(0+)=iL(0-)（6-1）（2）具有电容的电路在换路后的一瞬间，如果流入（或流出）电容的电流保持为有限值，则电容上电压应保持换路前一瞬间的原有值而不能跃变，即：uC(0+)=uC(0-)（6-2）式6-1和6-2为换路定律表达式。2.换路定律应注意的问题1）换路瞬间，除了uC(0+)、iL(0+)不能跃变，电路中其它电量均可以跃变。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。3）换路前，若uC(

5、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，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+)。3.确定初始值的步骤（1）初始值若电路在t=0时换路，则换路后初始瞬间（t=0+）电路中u、i的数值称为初始值。（2）步骤a.由t=0-的电路（换路前稳态）求uC(0–)、iL(0–)。b.根据换路定律求uC(0+)、iL(0+)。c.由t=0+的电路求其它电量的初始值。首先画出t=0+时的电路，若uC(0+)=uC(0–)=US，则电容用一个电压源US代替；若uC(0+

6、)=0，则电容视作短路。若iL(0+)=iL(0–)=IS，则电感用一个电流源IS代替；若iL(0+)=0，则电感视作开路。三、一阶线性电路分析的三要素法1.三要素法线性电路中，只包含一个储能元件，或者用串联、并联的方法化简电路后只包含一个储能元件的电路称为一阶线性电路。求解一阶线性电路就是找出过渡过程中的电压、电流的变化规律。求解一阶线性电路最简单的方法是三要素法。其公式为：（6-3）上式中，f(t)代表一阶电路中任一电压、电流函数。三要素指：换路后的瞬间电压或电流的初始值f(0+)，电压或电流达到新稳态的稳态值f(∞)，时间常数τ。2.三要素法的解题步骤（1）确

7、定电压或电流初始值f(0+)利用电感L、电容C元件的换路定律，作出t=0+的等效电路求电压或电流初始值f(0+)。（2）求电压或电流的稳态值f(∞)电路达到稳态时把电容C视为开路、电感L视为短路，即求解直流电阻性电路的电压和电流。（3）确定时间常数τ值对于一阶RC电路，；对于一阶RL电路。其中R是将电路中所有独立源置零后，从电容C或电感L两端看进去的等效电阻(即戴维南等效电路中的RO)。1.例6-1确定图6-2a所示电路中各电流和电压的初始值。设开关S闭合前电感元件和电容元件均未储能。St=0uCCLuLUS12V+-iLR32ΩR1iR2ΩiCR24ΩSuCu