第3章电路的暂态分析课件.ppt
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- 电路 分析 课件
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1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 稳定状态:稳定状态:在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。暂态过程:暂态过程:稳态稳态暂态暂态新的稳态新的稳态换路换路换路换路:下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页描述消耗电能的性质描述消耗电能的性质Riu 根据欧姆定律根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系即电阻元件上的电压与通
2、过的电流成线性关系SlR 金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的的导电性能有关导电性能有关,表达式为:表达式为:0dd00 tRituiWt2t电阻的能量电阻的能量Riu+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 iNiL电感电感:(H、mH)电流通过电流通过N匝匝线圈产生线圈产生(磁链磁链)N 电流通过电流通过一匝一匝线圈产生线圈产生(磁通磁通)ui+-线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质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。的导磁性能等有关。lNSL2下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一
3、页(H)lNSL2tiLteddddtLitNLd)d(d)d(iu+-eL+-LS 线圈横截面积(线圈横截面积(m2)l 线圈长度(线圈长度(m)N 线圈匝数线圈匝数 介质的磁导率(介质的磁导率(H/m)tiLeuLdd 则伏安关系式伏安关系式下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页221LiW 将上式两边同乘上将上式两边同乘上 i,并积分,则得:,并积分,则得:20021ddLiiLituiti即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中,当电即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中,当电流增大时,磁场能增大,电感元件从电源取用电流增大时,磁场能增大,电感元件从电源取用电能;当电流减
4、小时,磁场能减小,电感元件向电能;当电流减小时,磁场能减小,电感元件向电源放还能量。源放还能量。电感元件不消耗能量,是电感元件不消耗能量,是储能储能元件。元件。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电容:电容:uqC)(FuiC+_电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关。介电常数等关。(F)dSCS 极板面积(极板面积(m2)d 板间距离(板间距离(m)介电常数介电常数(F/m)tuCtqidddd 当电压当电压u变化时,在电路中产生电流变化时,在电路中产生电流:下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电容元件
5、储能电容元件储能221CuW 将上式两边同乘上将上式两边同乘上 u,并积分,则得:,并积分,则得:20021ddCuuCutuitu即电容将电能转换为电场能储存在电容中,当电压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;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当电压减小时,电场能减小,电容元件向电源放还能量。能量。根据:根据:tuCidd电容元件不消耗能量,也是电容元件不消耗能量,也是储能储能元件。元件。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电流电流 i 随电压随电压 u 比例变化。
6、比例变化。合合S后:后:所以电阻电路不存在所以电阻电路不存在过程过程(R耗能元件耗能元件)。图图(a):合合S前:前:0,0322 RRRuuuiIO(a)S+-R3R22+-i下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 L储能:储能:221LLLiW 不能突变不能突变Cu不不能能突突变变Li C 储能:储能:221CCCuW 由于物体所具有的能量不能跃变而造成由于物体所具有的能量不能跃变而造成若若cu发生突变,发生突变,dtduiCC不可能!不可能!一般电路一般电路则则下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0()0(CCuu注:换路定则仅用于换路瞬间来确
7、定暂态过程中注:换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中 uC、iL初始值。初始值。设:设:t=0 表示换路瞬间表示换路瞬间(定为计时起点定为计时起点)t=0-表示换路前的终了瞬间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)表示换路后的初始瞬间(初始值))0()0(LL 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0(),0(LCiu0000)(,)(LCiu0)0()0(CCuu0)0()0(LL U+-下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页00)(Cu,00)(L,1100RU)()
8、(C)0)0(C 0)0(2 uUuuL )0()0(1)0)0(LuiC、uL 产生突变产生突变(2)由由t=0+电路,求其余各电流、电压的初始值电路,求其余各电流、电压的初始值U+-iL(0+)U iC(0+)uC(0+)uL(0+)_u2(0+)u1(0+)i1(0+)R1+_+-t=0+等效电路等效电路下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页解:解:(1)由由t=0-电路求电路求 uC(0)、iL(0)换路前电路已处于稳态:换路前电路已处于稳态:电容元件视为开路;电容元件视为开路;电感元件视为短路。电感元件视为短路。由由t=0-电路可求得:电路可求得:A1444424
9、44)0(3131311 URRRRRURRRiL+_+_t=0-等效电路等效电路+_+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页V414)0()0(3 LCiRu解:解:A1)0()1(Li+_+_t=0-等效电路等效电路由换路定则:由换路定则:V4)0()0(CCuuA1)0()0(LLii+_+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页解:解:(2)由由t=0+电路求电路求 iC(0+)、uL(0+)由图可列出由图可列出)0()0()0(2 CCuiRiRU)0()0()0(LCiii带入数据带入数据4)0(4)0(28 Cii1)0()0(Cii+_
10、+_t=0+时等效电路时等效电路4V1A+_+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页t=0+时等效电路时等效电路4V1A+_+_解:解:解之得解之得 A31)0(Ci并可求出并可求出)0()0()0()0(32 LCCLiRuiRuV311144314 +_+_A34)(0i下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电量电量A/LiA/CiV/CuV/Lu 0t 0t41103104311LCiu、LCui、+_+_下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页L-Cu Li LuCSS
11、I SUR RuRiCiLCSSI SU-Cu R RuRiCiLi Lu00)(Cu A)(1550RUiSL下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页LCSSI SU-)(0 CuR RuRiCi)(0Li Lu A)()(100LRiiA10LCSI SU-Cu R RuRiCiLi LuV V)()()(51500RiuRR A A)()()(61500LSCiIiV V 0)5(5 )()()(0000CRSLuuUu0)(0)(0-CCuu所以1A)(0)(0LLii下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页LCSSI SU-Cu R RuRiCiL
12、i LuL-Cu Li LuCSI SUR RuRiCi0)(0)(LCuiAIiii )()()()(SCLR550V25)5(5)()(RRRiuV 30)25(05 )()()(S RLCuuUu下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页激励激励 (输入输入):电路中电源:电路中电源 (包括信号源包括信号源)的信号。的信号。响应分类:响应分类:全响应全响应 =零输入响应零输入响应 +零状态响应零状态响应响应响应 (输出输出):电路在外部激励的作用下,或者: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。在内部储能的作用下产生的电压和电流。阶跃响应阶跃响应
13、正弦响应正弦响应脉冲响应脉冲响应零输入响应零输入响应:零状态响应零状态响应:全响应全响应:utUO阶跃激励阶跃激励 0,0,0)(tUttu产生产生原因原因激励激励波形波形内部储能作用内部储能作用外部激励作用外部激励作用下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页1.经典法经典法:根据激励根据激励(电源电压或电流电源电压或电流),通过求解,通过求解电路的微分方程得出电路的响应电路的微分方程得出电路的响应(电压和电流电压和电流)。时。时域分析。域分析。初始值初始值稳态值稳态值时间常数时间常数求求下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页代入上式得代入上式得0dd C
14、CutuRCtuCCCdd RiuR换路前电路已处稳态换路前电路已处稳态 UuC )0(t=0时开关时开关,电容电容C 经电阻经电阻R 放电放电1S 一阶线性常系数一阶线性常系数 齐次微分方程齐次微分方程(1)列列 KVL方程方程0 CRuu1.电容电压电容电压 uC 的变化规律的变化规律(t 0)零输入响应零输入响应:无外施激励无外施激励,仅由仅由电容元件的初始储能所产生的响电容元件的初始储能所产生的响应。应。UuC )0(+-SRU21+CiCu0 tRu+c下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页RCP1 0dd CCutuRC01 RCP特征方程特征方程RCtAuC
15、e可可得得时时,根根据据换换路路定定则则,)0()0(UutC UA RCtUuC e齐次微分方程的通解:齐次微分方程的通解:0)0(e tCu tptAuCe:通通解解下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电阻电压:电阻电压:RCteURiuCRRCtRUtuCiCC edd放电电流放电电流RCtUuC e 电容电压电容电压CuCiRutO3.、CiCuRu下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(2)物理意义物理意义RC 令令:(1)量纲量纲sVAs UUuC008.36e1 t当当 时时RCtUtuC e)(008.36 时间常数时间常数等于电压等于
16、电压Cu衰减到初始值衰减到初始值U 的的所需的时间。所需的时间。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页当当0Cu t0Cu)53(t Cu0.368U 0.135U 0.050U 0.018U 0.007U 0.002U 2 3 4 6 51e 2e 3e 4e 5e 6e t e t e下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页零状态响应零状态响应:储能元件的初储能元件的初始能量为零,始能量为零,仅由电源激励仅由电源激励所产生的电路的响应。所产生的电路的响应。分析:分析:000tUtuuC(0-)=0sRU+_C+_i0 tuCUtu阶跃电压阶跃电压O下一
17、页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页UutuRCCC dd一阶线性常系数一阶线性常系数非齐次微分方程非齐次微分方程UuuCR CCCuutu)(即即1.uC的变化规律的变化规律(1)列列 KVL方程方程uC(0-)=0sRU+_C+_i0tuc(2)解方程解方程求特解求特解 :CuUutuRCCC ddUuUKC即即:解解得得:KdtdKRCUKuC ,代代入入方方程程设设:下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页Cu tAUuuuCCC e0dd CCutuRC通解即:通解即:的解的解)(令令RC RCtptAAuC ee其其解解:0)0(Cu根据换路定则
18、在根据换路定则在 t=0+时,时,UA 则则RCtCUUu e 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)0()()e1e1(ttRCtUUuC RCtCUUu e 暂态分量暂态分量稳态分量稳态分量电路达到电路达到稳定状态稳定状态时的电压时的电压-UCu Cu+UCu仅存在仅存在于暂态于暂态过程中过程中 63.2%U-36.8%UtCuo下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页CuCiCiCutCuCi当当 t=时时UeUuC%2.63)1()(1 )e1(RCtUuC 0 edd tRUtuCitCC URU下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上
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