工学第3章暂态分析ppt课件.ppt

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1、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储能元件和换路定则3.3RC电路的响应3.5微分电路和积分电路3.4一阶线性电路暂态分析的三要素法3.6RL电路的响应教学要求：稳定状态：在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。暂态过程：电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。1.理解电路的暂态和稳态、零输入响应、零状态响应、全响应的概念，以及时间常数的物理意义。2.掌握换路定则及初始值的求法。3.掌握一阶线性电路分析的三要素法。第3章电路的暂态分析3.1.1电阻元件描述电阻消耗电能的性质。根

2、据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系。线性电阻金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关，表达式为：表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能。电阻的能量Ru+_3.1电阻元件、电感元件与电容元件描述线圈通有电流时产生磁场、储存磁场能量的性质。1.物理意义电感:(H、mH)3.1.2电感元件电流通过N匝线圈产生(磁链)电流通过一匝线圈产生(磁通)u+-1820年丹麦物理学家奥斯特发现电流磁现象，法国物理学家安培确定了判断电流磁场方向地安培定则（右手螺旋定则）。线性电感:L为常数;3.1.

3、2电感元件线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的导磁性能等有关。S—线圈横截面积（m2）l—线圈长度（m）N—线圈匝数μ—介质的磁导率（H/m）+-eL+-L电感元件的符号自感电动势：2.自感电动势(1)自感电动势的参考方向规定:自感电动势的参考方向与电流参考方向相同,或与磁通的参考方向符合右手螺旋定则。+-eL+-L电感元件的符号3.1.2电感元件法拉第－楞茨电磁感应定律：变化的磁通会产生自感电动势。(2)电感元件储能根据基尔霍夫定律可得：将上式两边同乘上i，并积分，则得：即电感将电能转换为磁场能储

4、存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。电感元件不消耗能量，是储能元件。磁场能+-eL+-L电感元件的符号当线圈中流过恒定电流，其上电压为零，故电感元件在直流电路视为短路。3.1.3电容元件描述电容两端加电源后，其两个极板上分别聚集起等量异号的电荷，在介质中建立起电场，并储存电场能量的性质。电容：uiC+_电容元件电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关。S—极板面积（m2）d—板间距离（m）ε—介电常数（F/m）当电压u变化时

5、，在电路中产生电流:电容元件储能将上式两边同乘上u，并积分，则得：即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。电容元件不消耗能量，是储能元件。电场能uiC+_电容元件当电容两端加恒定电压，其中电流为零，故电容元件在直流电路视为开路。tE稳态暂态旧稳态新稳态暂态（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储能元件和换路定则1.电路中产生暂态过程的原因电流i随

6、电压u比例变化。合S后：所以电阻电路不存在暂态过程(R耗能元件)。图(a)：合S前：电阻元件tIO(a)S+-UR3R2u2+-图(b)合S后：由零逐渐增加到U所以电容电路存在暂态过程uC+-CiC(b)U+-SR合S前:U暂态稳态ot电容元件电感电路KRU+_t=0iL图(c)合S后：由零逐渐增加到I所以电感电路存在暂态过程。合S前:(c)暂态It0稳态产生暂态过程的必要条件：∵L储能：换路:电路状态的改变。如：电路接通、切断、短路、电压改变或参数改变不能突变Cu∵C储能：产生暂态过程的原因：由于物体所

7、具有的能量不能跃变而造成在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变若发生突变，不可能！一般电路则(1)电路中含有储能元件(内因)(2)电路发生换路(外因)电路暂态分析的内容1.利用电路暂态过程产生特定波形的电信号如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。研究暂态过程的实际意义2.控制、预防可能产生的危害暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使电气设备或元件损坏。(1)暂态过程中电压、电流随时间变化的规律。直流电路、交流电路都存在暂态过程,我们讲课的重点是直流电路的暂态过程。(2)影响暂态过程快慢的电路的时间常数

8、。2.换路定则换路:电路状态的改变。如：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…………..注：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中uC、iL初始值。设：t=0—表示换路瞬间(定为计时起点)t=0-—表示换路前的终了瞬间t=0+—表示换路后的初始瞬间（初始值）换路定则:在换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变。换路定则: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