rc电路充电效率分析

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1、第34卷第2期电气电子教学学报Vol．34No．22012年4月JOURNALOFEEEApr．2012RC电路充电效率分析陈希有，李冠林，刘凤春(大连理工大学电气工程学院，辽宁大连116024)摘要:本文结合工程案例教学实践，由浅入深地讨论了RC电路直流充电无初始状态、直流充电有初始状态、分阶段充电和用直线型电源进行充电的效率问题以及它们的内在联系。这些充电方法在理论上和逻辑上具有循序渐进性，供启发式或研究型教学时参考，也是对现有教材内容的有效补充。关键词:RC电路;充电效率;案例教学中图分类号:TM13文献标识码:A文章编号:1008-0686(201

2、2)02-0032-04ChargingEfficiencyAnalysisforRCCircuitCHENXi-you，LIGuan-lin，LIUFeng-chun(DepartmentofElectricalEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)Abstract:Inthispaper，combiningwiththecaseteachingpractices，someRCcircuitchargingefficienciesandinnerrelationsaredi

3、scussedandcomparedprogressively．ThesecircuitsincludeDCvoltagesupplywithandwithoutinitialstate，piecesofDCvoltagesupplyandlinetypesupply．Thesechargingmethodsbothintheoryandlogicexistprogressivenatures．Therefore，theycanbetakenasreferencesforheuristicbasedteachingandusedtosupplementex

4、istingteachingmaterials．Keywords:RCcircuit;chargingefficiency;caseteaching［5］RC电路的充电效率问题就必须考虑。效率低0引言时，既浪费能量，又给散热和系统集成带来困难。因许多电路类教科书都介绍了RC电路在直流电而必须考虑如何提高RC电路的充电效率?压作用下的零状态响应，即充电过程。分析重点大都是电容电压和电流的变化规律，以及时间常数的概念。只有少数教材涉及对能量或效率的简单讨［1－4］论，并结论性地指出:无论R、C为何值，这种电路的充电效率最大为50%，并没有给出提高效率的具体方法

5、。但是，笔者认为这个电路有较多的应用图1点焊机的简化电路原理图背景，易于作为工程案例进行教学。图1是某电容储能式点焊机的简化电路原理1直流电压充电时的效率分析图，开关S扳到左侧时电容充电;扳到右侧时电容放电，以便实现焊接。一旦特其与工程实际相联系，图2为RC充电电路模型。这个电路只有在充修稿日期:2011-03-10;修回日期:2012-03-05作者简介:陈希有(1962-)，男，博士，教授，主要从事电路、电工学等课程的教学以及现代电能变换技术的研究，E-mailchenxy@dlut．edu．cn．李冠林(1979-)，女，博士，讲师，主要从事电路、电

6、工学等课程的教学以及混沌控制技术的研究，E-maillglhit@dlut．edu．cn．刘凤春(1962-)，女，硕士，副教授，主要从事电工学、电机与拖动的教学以及电机驱动的研究，E-maillfc5e001@dlut．edu．cn第2期陈希有，李冠林，刘凤春:RC电路充电效率分析33电时间t足够大时，充电效率才能达到最大值能量增加不多，而且因电路中产生较大电流，使电阻(50%)。在此之前充电效率是按指数规律变化的，消耗的能量明显大于电容储能。且时间常数也为τ=RC。可见，如果电容从非零状态开始充电，效率会有所提高。现设uC(0)=U0，由于从非零状态开

7、始充电，所以要用增量进行分析。电容的储能增量和电荷增量分别是－t/τ22ΔwC=0．5C［US+(U0－US)e］－0．5CU0图2RC充电电路模型－t/τΔq=q(t)－q(0)=C［US+(U0－US)e］－CU0由经典法可以求得电容电压的零状态响应为电源提供的电能增量是－t/τuc=US(1－e)×Δq=UC(U－U)(1－e－t/τ)Δw=USSS0由此，又可求得电容储能随时间的变化为因此，充电效率为2wC=0．5CuC/Δw=η=ΔwC电容上的电荷是靠电源电动势移动的，因此电－t/τ－2t/τ0．5(US+U0)－USe+0．5(US－U0)e源

8、发出的电能为－t/τ(2)US(1－e)w=USq=USCuC可见