电工电子技术第3章.pptx

电工电子技术主讲：王 平第 3 章 电路的暂态分析3.1 电阻元件、电容元件与电感元件3.2 储能元件和换路定则3.3RC 电路的响应3.4 一阶线性电路暂态分析的三要素法3.5 微分电路与积分电路教学要求： 1. 理解电容元件与电感元件的特点 2. 掌握换路定则及初始值的求法 3. 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 3. 掌握时间常数的物理意义 4. 掌握一阶电路分析的三要素法3.1 电阻、电感与电容一、电阻元件线性电阻欧姆定律:+uR电阻的电压与电流成线性关系_电阻大小与长度、截面、导电性能有关电阻的能量 电阻是 耗能元件电能消耗在电阻上，转变为热能二、电容元件i 电容两端加电源，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，储存电场能量+q+Cu__qu 与 i 参考方向关联电容：C单位：F电容大小与极板尺寸、间距、介质的介电常数有关i+q+Cu__q电容存储的电场能i+Cu_电容将电能变为 电场能 储存在电容中，储能元件电压增大，电场能增大，电容从电源取用电能电压减小，电场能减小，电容向电源放还能量三、电感元件电流通过 1 匝线圈产生 ( 磁通 )电流通过 N 匝线圈产生 ( 磁链 )磁链 Ψ 与电流 i 取 右螺旋方向?电感大小:+u_线性电感: L 为常数非线性电感: L 不为常数电感大小：与线圈尺寸、匝数、介质导磁性能有关单位：H、mH +S — 线圈横截面积（m2）L_ l — 线圈长度（m）N — 线圈匝数电感元件的符号 μ — 介质的磁导率（H/m）电感电压与电流的关系+L_*u、i 取关联参考方向电感存储的磁场能+L_电感将电能变为 磁场能 储存在电感线圈中，储能元件电流增大，磁场能增大，电感从电源取用电能电流减小，磁场能减小，电感向电源放还能量电容与电感比较电容元件i+C_电感元件+L_3.2 储能元件、换路定律与初始值换路：电路状态的改变。 如：电路开关的接通、断开、短路，元件参数的变化稳态： 在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定状态 暂态过程： 电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程 储能元件： 存储能量的元件，如：电容、电感暂态过程的必要条件(1) 电路中含有 储能元件 ( 内因 )储能元件状态的变化反映所存储能量的变化储能元件能量的变化需要时间，能量不能跃变含储能元件的电路由一种状态过渡到另一种状态有过程(2) 电路发生 换路 ( 外因 )换路会使电路由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态暂态过程的内容直流电路、交流电路都存在暂态过程1) 研究 直流电路暂态过程2) 过渡过程中 电压、电流随时间变化的规律3) 影响 暂态过程快慢 的因素暂态过程的意义 1. 用暂态过程产生特定波形的电信号，用于电子电路如：锯齿波、三角波、尖脉冲 2. 控制、预防暂态过程可能产生的危害如：过压、过流使电气设备或元件损坏 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）换路定律电容电压、电感电流不能跃变*换路定律用于换路瞬间确定 uC、iL 的初始值 换路定律的证明在换路瞬间，储能元件的能量不能跃变u∵ C 储能 不能突变C发生突变，则若一般电路不可能∵ L 储能 i不能突变L发生突变，则若一般电路不可能初始值的确定1. 初始值的定义t = 0 ：换路时刻设：t = 0－ ：换路前的瞬间t = 0+ ：换路后的瞬间0－ 和 0+ 在数值上都 = 0初始值：各物理量 u、i 在换路结束瞬间 t = 0+ 时刻的数值确定初始值的原因一阶电路暂态分析的方法：1. 三要素法：计算 3 个要素，套三要素法的公式初始值 是 3 个要素之一 2. 时域分析法： 列、解微分方程法 （经典方法）解微分方程要用 初始值 定积分常数*一般用 作变量列微分方程*作为初始条件 一般将 初始值的确定方法(1) 求 uC ( 0+ )、iL ( 0+ ) 1) 画出 t = 0– 时刻的电路2) 在 t = 0– 时的电路中，求出 uC ( 0– ) 、iL ( 0– ) 3) 根据换路定律求出 uC ( 0+ )、iL ( 0+ )(2) 求其它电量初始值1) 画出 t = 0+ 时刻的电路uC ( 0+)2) 在 t = 0+ 时的电路中，由其它电量的初始值iL ( 0+)例1 :设 t 0 时电路已达稳态， t = 0 时将开关 K 闭合。试求：各元件电流、电压初始值3k?K3k?K_++++++CC__10