自动控制原理电路的暂态分析

《自动控制原理电路的暂态分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、山东大学威海分校第3章电路的暂态分析研究过渡过程的意义：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特定的波形或改善波形；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，致使电气设备损坏，必须采取防范措施。第3章电路的暂态分析3.1电阻元件、电感元件与电容元件3.2储能元件与换路定则3.3RC电路的响应3.4一阶线性电路的三要素法3.5微分与积分电路3.6RL电路的响应第3章电路的暂态分析3.1电阻元件、电感元件和电容元件在直流电路中（稳态），电感元件可视为短路，电容元件（稳态

2、）可视为开路。在交流电路中，电感元件和电容元件中的电流均不为零。电阻元件：消耗电能，转换为热能（电阻性）电感元件：产生磁场，存储磁场能（电感性）电容元件：产生电场，存储电场能（电容性）实际电阻器示例实际电阻器示例3.1.1电阻元件3.1电阻元件、电感元件和电容元件对电阻元件，u、i取关联参考方向时,其电压电流满足欧姆定律：把上面两式相乘并积分，得：由此可知，电能全部消耗在电阻上，转换为热能。电阻元件是一耗能元件。金属导体的电阻值与其材料导电性及尺寸的关系为：其中：ρ、、S分别为导体的电阻率、长度、横截面积。几种实际的电感线圈如图所示。3.1.2电

3、感元件3.1电阻元件、电感元件和电容元件电感元件的电路符号如图所示固定电感可调电感电感的参数L为线圈的电感，也称为自感。通常磁通Φ是由通过线圈的电流i产生的，当线圈中没有铁磁材料时，则：或对于一个电感线圈，习惯上规定感应电动势的参考方向与磁通的参考方向之间符合右手螺旋定则。当电感线圈中磁通或电流发生变化时，则线圈中产生的感应电动势为：线圈的感应电动势此时的感应电动势也称为自感电动势：3.1电阻元件、电感元件和电容元件电感元件的电压电流关系电感中出现的自感电动势表现在电感两端有电压降产生。设一电感元件电路电压、电流及电动势的参考方向如图所示。根据基

4、尔霍夫电压定律：从而：当电流的正值增大时，则eL为负值，即其实际方向与电流的方向相反。这时eL要阻碍电流的增大。相反，则为正当线圈中通过不随时间而变化的恒定电流时，其上电压为零，电感元件可视作短路。3.1电阻元件、电感元件和电容元件电感元件的磁场能量因此电感元件是储能元件，存储的磁场能量为：把式两边乘以并积分得：电流增大,磁能增大，电感从电源取用能量；电流减小,磁能减小，电感回馈能量给电源3.1电阻元件、电感元件和电容元件解：根据电流的变化规律，分段计算如下：电路如图(a)所示，0.1H电感通以图(b)所示的电流。求时间t>0时电感电压、吸收功率

5、及储存能量的变化规律。例题3.1W)45.0225.0(-==tuip电压、功率及能量均为零。各时段的电压、功率及能量的变化规律如右图(c)、(d)、(e)所示。小结：本题可见，电流源的端电压决定于外电路，即决定于电感。而电感电压与电流的变化率成正比。因而当2s

6、容器实际电容器示例3.1电阻元件、电感元件和电容元件电容元件的电容C定义为电容上的电量与电压的比值：电容的参数电容的大小与电容元件的尺寸及介质的介电常数有关。平行板电容器的电容为：式中ε为介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间距离。单位为法[拉](F).电容元件的电压与电流的关系对于图中的电路有：当电容器两端加不随时间而变化的恒定电压时，其上电流为零，电容元件可视作断路。3.1电阻元件、电感元件和电容元件电容元件的电场能量电容元件是一储能元件，存储的电场能量为：把式两边乘以u并积分得：3.1电阻元件、电感元件和电容元件图示电路，设，，电路处于直

7、流工作状态。计算两个电容各自储存的电场能量。解：在直流电路中达到稳定状态时，电容相当于开路，据此求得电容电压分别为：所以两个电容储存的电场能量分别为：例题3.2特征电阻元件电感元件电容元件参数定义电压电流关系能量元件总结如果一个电感元件两端的电压为零，其储能是否也一定为零？如果一个电容元件中的电流为零，其储能是否一定为零？思考题tE稳态暂态旧稳态新稳态过渡过程:C电路处于旧稳态KRE+_开关K闭合电路处于新稳态RE+_“稳态”与“暂态”的概念:3.2换路定则及初始值的确定产生过渡过程的电路及原因?电阻电路t=0ER+_IK电阻是耗能元件，其上

8、电流随电压成比例变化，不存在过渡过程。无过渡过程ItEt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