瞬态过程与换路定律ppt课件

1、一、电路中的瞬态过程一、电路中的瞬态过程二、换路定律二、换路定律 三、电路响应三、电路响应 四、分析一阶电路瞬态过程四、分析一阶电路瞬态过程 的三要素法的三要素法 一、电路中的瞬态过程一、电路中的瞬态过程 电路的结构和元件的参数一定时，电路的工作状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。为稳定状态，简称稳态。 电路发生开关接通或断开、电路连接方式的改变及电路发生开关接通或断开、电路连接方式的改变及电路参数的突然变化引起的瞬态过程，这种电路状态的电路参数的突然变化引起的瞬态过程，这

2、种电路状态的变化称为换路。变化称为换路。 换路后，旧的工作状态被破坏、新的工作状态在换路后，旧的工作状态被破坏、新的工作状态在建立，电路将从一个稳态变化到另一个稳态，这种变建立，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，而是有一个过渡过程。化往往不能瞬间完成，而是有一个过渡过程。 电路在过渡过程中所处的状态称为过渡状态，简电路在过渡过程中所处的状态称为过渡状态，简称瞬态。称瞬态。 3. 3.电路产生瞬态过程的原因电路产生瞬态过程的原因 （1电路中必须含有储能元件电路中必须含有储能元件(电感或电容电感或电容)； （2电路的工作状态发生改变或电路的参数发生电路的工作状态发生改变或

3、电路的参数发生变化。变化。 二、换路定律二、换路定律 设设t = 0为换路瞬间为换路瞬间, 则以则以t = 0 表示换路前一瞬间表示换路前一瞬间, t = 0+ 表示换路后一瞬间，换路的时间间隔为零。从表示换路后一瞬间，换路的时间间隔为零。从t = 0 到到t = 0+ 瞬间，电容元件上的电压和电感元件中瞬间，电容元件上的电压和电感元件中的电流不能突变，这称为换路定律。用公式表示为的电流不能突变，这称为换路定律。用公式表示为)0()0()0()0(CCLL uuii 换路定律仅适用于换路瞬间。换路定律仅适用于换路瞬间。换路换路前的前的电路电路换路定律换路定律换路后换路后 uC和和 iL的初的初

4、始值始值换路后其他换路后其他电流和电压电流和电压的初始值的初始值换路换路后的后的电路电路电路达到新稳态电路达到新稳态时电流和电压的时电流和电压的稳态值稳态值初始值用初始值用 u (0) 和和 i (0) 表示表示 稳态值用稳态值用 u () 和和 i () 表示表示 三、电路响应三、电路响应 电路从电源包括信号源输入的信号统称为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。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。响应有时又称用下产生的电压和电流统称为响应。响应有时又称输入。输入。

5、 (1) 零状态响应零状态响应 按照产生响应原因的不同，响应可分为：按照产生响应原因的不同，响应可分为： 零状态响应是指储能元件的原始储能为零，仅零状态响应是指储能元件的原始储能为零，仅在外部输入激励的作用下引起的电路响应。在外部输入激励的作用下引起的电路响应。 (2) 零输入响应零输入响应 零输入响应是指电路发生换路前，储能元件中已零输入响应是指电路发生换路前，储能元件中已储有原始能量。换路时，外部输入激励为零，仅在储储有原始能量。换路时，外部输入激励为零，仅在储能元件原始能量作用下引起的电路响应。能元件原始能量作用下引起的电路响应。 (3) 全响应全响应 全响应：电路中既有外部激励，储能元

6、件的原始全响应：电路中既有外部激励，储能元件的原始储能也不为零，这种情况下换路引起的电路响应。储能也不为零，这种情况下换路引起的电路响应。 在线性电路中在线性电路中: 全响应零输入响应零状态响应全响应零输入响应零状态响应 四、分析一阶电路瞬态过程的三要素法四、分析一阶电路瞬态过程的三要素法 在一个电路等效化简后如电阻的串并联、电在一个电路等效化简后如电阻的串并联、电容的串并联、电感的串并联等化为一个元件），只容的串并联、电感的串并联等化为一个元件），只含有一个电容或电感元件的电路称为一阶电路。含有一个电容或电感元件的电路称为一阶电路。 可以证明，对于直流电源作用下的任何一阶电可以证明，对于直流

7、电源作用下的任何一阶电路中的电压和电流，只要求出初始值、稳态值和时路中的电压和电流，只要求出初始值、稳态值和时间常数这三个要素，便可确定其在瞬态过程中随时间常数这三个要素，便可确定其在瞬态过程中随时间变化的规律。利用三要素分析瞬态过程的方法称间变化的规律。利用三要素分析瞬态过程的方法称为三要素法，可用下式表示：为三要素法，可用下式表示： /)()0()()(teffftf 求初始值的一般步骤：求初始值的一般步骤： （1由换路前电路稳定状态求由换路前电路稳定状态求 uC(0-) 和和 iL(0-)； （2由换路定律得由换路定律得 uC(0+) 和和 iL(0+)； （3画出画出t=0+的等效电路

8、图：的等效电路图：uC(0+)=0时相当时相当短路；短路；uC(0+)0时相当电压源；时相当电压源；iL(0+)=0时相当开路时相当开路；iL(0+)0时相当电流源；电压源或电流源的方向与时相当电流源；电压源或电流源的方向与原电路假定的电容电压、电感电流的参考方向应保原电路假定的电容电压、电感电流的参考方向应保持相同。持相同。 （4根据基尔霍夫定律求电路其他电压和电流根据基尔霍夫定律求电路其他电压和电流在在t=0+时的值。时的值。A41510100)0(211 RREi 例例1 如下图，已知电源电动势如下图，已知电源电动势E = 100 V，R1 = 10 ，R2 = 15 ，开关，开关S闭合前电路处于稳态，求开关闭闭合前电路处于稳态，求开关闭合后各电流及电感上电压的初始值。合后各电流及电感上电压的初始值。 解：选定有关电流和电压的参考方向。解：选定有关电流和电压的参考方向。闭合前，电路处于稳态，电感相当于短路，那么闭合前，电路处于稳态，电感相当于短路，那么 S闭合后，在闭合后，在t=0+ 时的等效电路如图所示。时的等效电路如图所示。R2被被短路，根据换路定律，有短路，根据换路定律，有i2(0+) = 0iL(0+) = iL(0) = 4 A 在在0