物理電路的暫態(tài)分析電工PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1物理電路的暫態(tài)分析電工物理電路的暫態(tài)分析電工概述第1頁/共72頁第2頁/共72頁 穩(wěn)定狀態(tài)： 在指定條件下電路中電壓、電流已達(dá)到穩(wěn)定值。 第3頁/共72頁電路處于穩(wěn)態(tài) T=0時(shí)刻,開關(guān)合上（電路換路）。換路前 : i = 0換路后: i =U/(R0+R1)換路前后,電路處于暫態(tài)。第4頁/共72頁換路前 : u 1 = 0換路后: u 1 = U 換路前后,電路處于暫態(tài)。當(dāng)電路中含有儲能元件（電容、電感）的時(shí)候，由于能量的儲存和釋放需要過程，暫態(tài)過程較長。第5頁/共72頁換路: 由于物體所具有的能量不能躍變而造成第6頁/共72頁描述消耗電能的性質(zhì)iRu 根據(jù)歐姆定律:SlR 金屬導(dǎo)體的

2、電阻與導(dǎo)體的尺寸及導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能有關(guān)，表達(dá)式為：0dd00 tRituiWt2t電阻的能量Riu+_第7頁/共72頁iNiL電感:( H)電流通過N匝線圈產(chǎn)生(磁鏈)N 電流通過一匝線圈產(chǎn)生(磁通)ui+-tiLteLdddd 第8頁/共72頁221LiW tiLeuLdd 根據(jù)基爾霍夫定律可得：將上式兩邊同乘上 i ，并積分，則得：20021ddLiiLituiti第9頁/共72頁221LiW 即電感將電能轉(zhuǎn)換為磁場能儲存在線圈中，當(dāng)電流增大時(shí)，磁場能增大，電感元件從電源取用電能；當(dāng)電流減小時(shí)，磁場能減小，電感元件向電源放還能量。能量不可突變！換路前后瞬間，電感兩端電流不能突變。即：i

3、L(0+) = i L(0-)第10頁/共72頁4.電感元件的串、并聯(lián)L=L1+L21/L=1/L1+1/L2第11頁/共72頁電容：uqC )(FuiC+_tuCidd 當(dāng)電壓u變化時(shí)，在電路中產(chǎn)生電流:電容元件儲能將上式兩邊同乘上 u，并積分，則得：20021ddCuuCutuitu第12頁/共72頁能量不可突變！221CuW 換路前后瞬間，電容兩端電壓不能突變。即：)0()0( CCuu第13頁/共72頁1/C=1/C1+1/C2C=C1+C2第14頁/共72頁)0()0( CCuu注：換路定則僅用于換路瞬間來確定暫態(tài)過程中 uC、 iL初始值。 設(shè)：t=0 表示換路瞬間 (定為計(jì)時(shí)起點(diǎn)

4、) t=0- 表示換路前的終了瞬間 t=0+表示換路后的初始瞬間（初始值）電感電路: 第15頁/共72頁第16頁/共72頁)0(),0( LCiu0000)(,)(LCiuU +-第17頁/共72頁RUC)()(001 )0)0( C 0)0(2 uUuuL )0 ()0 (1) 0)0 ( LuiC 、uL 產(chǎn)生突變(2) 由t=0+電路，求其余各電流、電壓的初始值U +-t = 0+等效電路iL(0+ )iC (0+ )uC (0+)uL(0+)_u2(0+)u1(0+)i1(0+ )+_+第18頁/共72頁解： (1) 由t = 0-電路求 uC(0)、iL (0) 換路前電路已處于穩(wěn)態(tài)

5、：電容元件視為開路； 電感元件視為短路。由t = 0-電路可求得：A144442444)0(3131311 URRRRRURRRiL+_+_+_+_t = 0 -等效電路第19頁/共72頁V414)0()0(3 LCiRu解：A1)0()1( Li由換路定則：V4)0()0( CCuuA1)0()0( LLii+_+_+_+_t = 0 -等效電路第20頁/共72頁解：(2) 由t = 0+電路求 iC(0+)、uL (0+)由圖可列出)0()0()0(2 CCuiRiRU)0()0()0( LCiii帶入數(shù)據(jù)4)0(4)0(28 Cii1)0()0( Ciit = 0+時(shí)等效電路+_+_4V

6、1A+_+_第21頁/共72頁解：解之得 A31)0( Ci并可求出)0()0()0()0(32 LCCLiRuiRuV311144314 +_+_t = 0+時(shí)等效電路4V1A+_+_第22頁/共72頁電量A/LiA/CiV/CuV/Lu 0t 0t41103104311LCiu 、LCui 、+_+_第23頁/共72頁第24頁/共72頁響應(yīng):根據(jù)激勵(lì)(電源電壓或電流)，通過分析電路的暫態(tài)過程得出電路的響應(yīng)(電壓和電流)。響應(yīng)的分類： 零輸入響應(yīng): 無電源激勵(lì), 輸入信號為零, 僅由儲能元件的初始儲能所產(chǎn)生的電路的響應(yīng)。 零狀態(tài)響應(yīng): 儲能元件的初始能量為零， 僅由電源激勵(lì)所產(chǎn)生的電路的響應(yīng)

7、。 全響應(yīng): 電源激勵(lì)、儲能元件的初始能量均不為零時(shí)，電路中的響應(yīng)。第25頁/共72頁換路前電路已處穩(wěn)態(tài) UuC )0(t =0時(shí)開關(guān), 電容C 經(jīng)電阻R 放電1S 1.電容電壓 uC 的變化規(guī)律(t 0)圖示電路UuC )0(+-SRU21+ CiCu0 tRu+c根據(jù)換路定律uc（0+）= uc（0-）= U第26頁/共72頁RCtUuC e0 )0( e tCu tuc（）= 0R0 = R tffftf e)()0()()(由三要素法：第27頁/共72頁RCtURiuCR eRCtRUtuCiCC eddRCtUuC eCuCiRutORuCuCi第28頁/共72頁(1) 物理意義UU

8、uC008 .36e1 t當(dāng) 時(shí)RCtUtuC e)(008 .36 時(shí)間常數(shù)等于電壓Cu衰減到初始值U0 的所需的時(shí)間。第29頁/共72頁0.368U23Cu 1URC tRCtUUuC ee321 tOuc第30頁/共72頁當(dāng)0Cu t0Cu )53( t Cu0.368U0.135U0.050U0.018U0.007U0.002U 2 3 4 6 51e 2e 3e 4e 5e 6e t e t e第31頁/共72頁 000tUtuUtu階躍電壓ORiuC (0 -) = 0SU+_C+_0 tuC+_uR第32頁/共72頁uC (0 -) = 0SU+_C+_0 tuC+_uR根據(jù)換路

9、定律uc（0+）= uc（0-）= 0第33頁/共72頁uc（）= UR0 = R tffftf e)()0()()(由三要素法：)0()() e1e1( ttRCtUUuC 第34頁/共72頁)0()() e1e1( ttRCtUUuC RCtCUUu e 暫態(tài)分量穩(wěn)態(tài)分量電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的電壓-UCu Cu+UCu僅存在于暫態(tài)過程中63.2%U-36.8%UtCuo第35頁/共72頁CiCutCuCi當(dāng) t = 時(shí)UeUuC%2 .63)1()(1 )e1(RCtUuC 0 edd tRUtuCitCC URU第36頁/共72頁U0.632U1 2 3 321 Cu0Cu 2 6 4 5

10、 3tCuO第37頁/共72頁uC) 0()e1(e 0 tUUuRCtRCtCuC (0 -) = U0SRU+_C+_i0 tuC+_uR第38頁/共72頁 tffftf e)()0()()(第39頁/共72頁)(tf-)( f穩(wěn)態(tài)值-)0( f- 利用求三要素的方法求解暫態(tài)過程，稱為三要素法)0( f)( f tffftf e)()0()()(第40頁/共72頁)0( ft)(tfO)( f)0( f0)0()a( f0)0()b( f0)()c ( ft)(tfOt)(tfO)( f0)()d( ft)(tfO)0( f)( f第41頁/共72頁電容 C 視為開路, 電感L視為短路。V

11、555510)( Cu6666)( LimA3 (1) 穩(wěn)態(tài)值 的計(jì)算)( f例：uC+-t=0C10V1 FS5k+-Lit =03666mAS第42頁/共72頁 1) 由t=0- 電路求)0()0( LCiu、2) 根據(jù)換路定則求出)0()0()0()0( LLCCiiuu3) 由t=0+時(shí)的電路，求所需其它各量的)0( i)0( u或)0( f(2) 初始值 的計(jì)算 第43頁/共72頁CR0 0RL 注意：第44頁/共72頁R03210)/(RRRR CR0 R1R2R3R1U+-t=0CR2R3S第45頁/共72頁解： teuuuuCCCC )()0()(cuCi2i電路如圖，t=0時(shí)

12、合上開關(guān)S，合S前電路已處于穩(wěn)態(tài)。試求電容電壓 和電流 、 。)0( CuV54106109)0(33 CuV54)0()0( CCuut=0-等效電路)0( Cu9mA+-6k RS9mA6k2F3kt=0Ci2iCu+-C R第46頁/共72頁)( cu由換路后電路求穩(wěn)態(tài)值)( cu(33 Cus3630104102103636 CR )( Cut電路9mA+-6k R3k 6k R03k第47頁/共72頁V54)0( CuV18)( Cus3104 Ve3618e )1854(182503104ttCu 18V54VtCuO第48頁/共72頁 tCCCCiiii

13、 e)()0()(用三要素法求Ci0)( CimAe18)(250ttiC mA183546549)0(KVKVmAiCS9mA6k2F3kt=0Ci2iCu+-C R3k6k)0( Ci+-54 V9mAt=0+等效電路第49頁/共72頁ttuCiCC250e )250(36102dd6 Ae018. 0t250 mAe126250t 32103)()( tutiC方法2第50頁/共72頁由t=0-時(shí)電路解：V333216)0( Cu求初始值)0( CuV3)0()0( CCuu)0( Cut=0-等效電路126V3)0( i+-+-St=0C F56V12Cu32 1 +-第51頁/共72

14、頁Ve35107 . 1t t66103e0 tCCCCuuutue)()0()()(s6600161053232 CR 求時(shí)間常數(shù)由右圖電路可求得求穩(wěn)態(tài)值 Cu 0 CuC f 52Cu32 1 +-+-St=0C F56V12Cu32 1 +-23R0第52頁/共72頁tuCtiCCdd)( Ae3)(5107 . 12tCuti Ciiti 21)(tt5107 . 15107 . 1e5 . 2e A5107.1e5.1t ( 、 關(guān)聯(lián))CCiuAe5 . 25107 . 1t +-St=0C F56V12Cu32 1 +-第53頁/共72頁p)1(tRC 1uTtU0tpV0)0(_

15、 CuCR1u2u+_+_iCu+_第54頁/共72頁21uuuC 很很小小，很很小小時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)RuuR 2Cuu 1tuRCRiuCCdd2 tuRCdd1 由公式可知 輸出電壓近似與輸入電壓對時(shí)間的微分成正比。t2uOV0)0(_ CuCR1u2u+_+_iCu+_1utt1UtpO第55頁/共72頁不同時(shí)的u2波形UUUCR1u2u+_+_iCu+_2TTUtT/21utpT2T2utT2Tt2utCuT2T2TTtU2u第56頁/共72頁;p)1(tRC RiuuuuRR 21Rui1 )(pt 輸出電壓與輸入電壓近似成積分關(guān)系。2.分析1uTtU0tptuRCtiCuuCd1d112

16、V0)0(_ CuCR1u2u+_+_iRu+_第57頁/共72頁t2Utt12utt2t1U2utt2t1U 用作示波器的掃描鋸齒波電壓u1第58頁/共72頁Li tLLLLiiii e)()0()()0( LiRUiiLL )0()0(0)( Li 2) 確定穩(wěn)態(tài)值)( Li RL tLRtLRLRURUi ee )0(0RuLuU+-SRL21t=0Li+-+-第59頁/共72頁tLRUtiLuL eddtLRURiuL eRLiOtRuOutLutLRRUiL eRU-UURU%8.36RuLuU+-SRL21t=0Li+-+-第60頁/共72頁 tiLeuLLddRUiL )0(0)

17、0( LiRUiiLL )0()0(表表表表表表RRURiVL )0()0(RuLuU+-SRL21t=0Li+-+-RuLuU+-SRL21t=0Li+-+-V第61頁/共72頁R VDRuLuUSRL21t=0Li+-+-R RuLuUSRL21t=0Li+-+-第62頁/共72頁 tLLLLiiii e)()0()(Li)e1 ()0(tLRtLRRUeRURUiL RUiL )(0)0()0( LLiiRL )0)0(0( LiULuU+-SRLt=0LiRu+-+-第63頁/共72頁tLRtLUUtiLueedd)e1(tLRLRURiu RuLiLuRuOutLuULiOtRU)e

18、1(tLRLRUi 第64頁/共72頁)0)0 (0( LiULi tLLLLiiii e)()0()(A2 . 16412)0()0(21 RRUiiLL+-R2R146U12V)0( LiLit=012V+-R1LS)(ti1HU6R234R3)(tu+-第65頁/共72頁A2 32321)(RRRRRUiL s61 32321RRRRRL 0RL ttLi66e8 . 02e ) 22 . 1 (2 )0( t)( Li)( u12V+-R1LSU6R234R3+-R1L6R234R31H第66頁/共72頁)e8 . 02(36366tu )0(Ve6 . 146 ttu tuuuu e)()0()(32 . 1366)0