电工学-第2章电路的瞬态分析

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1、第2章电路的瞬态分析2.1瞬态分析的基本概念2.2储能元件2.3换路定律2.4RC电路的瞬态分析2.5RL电路的瞬态分析2.6一阶电路瞬态分析的三要素法下一章上一章返回主页12.1瞬态分析的基本概念一、稳态和瞬态电路的结构和元件的参数一定时，电路的工作状态一定，电压和电流不改变。这时电路所处的状态称为稳定状态，简称稳态。当电路在接通、断开、改接以及参数和电源发生突变时，都会引起电路工作状态的变化。换路2大连理工大学电气工程系换路后为什么会有瞬态过程？换路后，旧的工作状态被破坏、新的工作状态在建立，

2、电路将从一个稳态变化到另一个稳态，这种变化往往不能瞬间完成，而是有一个瞬态过程。电路在瞬态过程中所处的状态称为瞬态状态，简称瞬态。换路是引起瞬态过程的外因。电容中的电场能和电感中的磁场能的不能突变是引起瞬态过程的内因。3大连理工大学电气工程系二、激励和响应电路从电源（包括信号源）输入的信号统称为激励。激励有时又称输入。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统称为响应。响应有时又称输入。(1)零输入响应电路在无外部激励的情况下，仅由内部储能元件中所储存的能量引起的响应。按照产

3、生响应原因的不同，响应可分为：4大连理工大学电气工程系(2)零状态响应(3)全响应在换路时储能元件未储存能量的情况下，由激励所引起的响应。在储能元件已储有能量的情况下，再加上外部激励所引起的响应。在线性电路中:全响应＝零输入响应＋零状态响应5大连理工大学电气工程系阶跃响应即在直流电源作用下的响应。按照激励波形的不同，零状态响应和全响应可分为阶跃响应、正弦响应和脉冲响应等。utOUu(t)=0,当t<0时换路U,当t>0时阶跃激励换路前电路与电源断开换路后电路与电源接通在阶跃激励作用下的响应称为阶跃

4、响应。6大连理工大学电气工程系2.2储能元件电容是用来表征电路中电场能量储存这一物理性质的理想元件。C=qu——电荷量，单位为库[仑](C)——电压，单位为伏[特](V)——电容，单位为法[拉](F)一、电容＋qiu＋－＋－－q＋－Ciu＋－7大连理工大学电气工程系Ciu＋－i=Cdudt电容的瞬时功率p=ui=Cududtu的绝对值增大时，>0,p>0,电容从外部输入功率，ududt把电能转换成了电场能。u的绝对值减小时，<0,p<0,电容向外部输出功率，ududt电场能又转换成了电能。8大连理

5、工大学电气工程系Ciu＋－t=0t=电容中储存的电场能u=0u=U从外部输入的电能120pdt=uidt=Cudu=CU200UWe=CU212若外部不能向电容提供无穷大的功率,电场能就不可能发生突变。因此，电容的电压u不可能发生突变。p=dWedt由于—————单位为焦[耳](J)9大连理工大学电气工程系电容串联时C1u＋－C2＋－u1＋－u2=1C1C1＋1C2u1=C2C1＋C2uu2=C1C1＋C2u电容并联时u＋－C1C2C＝C1＋C210大连理工大学电气工程系电容图片陶

6、瓷电容云母电容薄膜电容复合介质电容铝电解电容钽电解电容真空电容11大连理工大学电气工程系电感是用来表征电路中磁场能量储存这一物理性质的理想元件。——磁链，单位为韦[伯](Wb)——电流，单位为安[培](A)——电感，单位为亨[利](H)二、电感u＋－eiN＝NL=i线圈的磁链Liu＋－e12大连理工大学电气工程系由基尔霍夫电压定律L=ie=－N=－ddtddt规定：e的方向与磁感线的方向符合右手螺旋定则时，e为正，否则为负。e=－Ldidtu=－eu=Ldidt于是Liu＋－e13大

7、连理工大学电气工程系电感的瞬时功率p=ui=Lididti的绝对值增大时，>0,p>0,电感从外部输入功率，ididt把电能转换成了磁场能。i的绝对值减小时，<0,p<0,电感向外部输出功率，ididt磁场能又转换成了电能。u=LdidtLiu＋－e14大连理工大学电气工程系t=0t=电感中储存的磁场能i=0i=I从外部输入的电能120pdt=uidt=Lidi=LI200IWL=LI212若外部不能向电感提供无穷大的功率,磁场能就不可能发生突变。因此，电感的电流i不可能发生突变。

8、p=dWLdt由于—————单位为焦[耳](J)15大连理工大学电气工程系无互感存在的两电感线圈串联时,等效电感为=1L1L1＋1L2L＝L1＋L2无互感存在的两电感线圈并联时,等效电感为16大连理工大学电气工程系电感图片磁棒电感线圈双层空心电感线圈工字形电感线圈贴片电感铁心电感线圈磁珠电感多层空心电感线圈17大连理工大学电气工程系由于电容中的电场能和电感中的磁场能不能突变,所以换路瞬间，电容上的电压和电感中的电流不可能突变。2.3换路定律换路定律电容电压和电感电流在换路后的初始值