《电工技术 教学课件 ppt 作者 王海燕 2_项目二 电路的暂态分析与检测》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术 教学课件 ppt 作者 王海燕 2_项目二 电路的暂态分析与检测（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目一 电路的基本分析与检测 项目二 电路的暂态分析与检测 项目三 单相交流电路的分析与检测 项目四 三相交流电路的分析与检测 项目五 变压器原理分析与检测 项目六 继电-接触器控制电路的设计与安装,项目二 电路的暂态分析与检测 项目二 电路的暂态分析与检测,学习任务,1)了解常用储能元件(电感元件、电容元件)的结构、符号及电压和电流 之间的关系。,2)理解暂态、零输入响应、零状态响应和全响应等概念。,3)掌握换路定则和三要素法分析一阶电路的动态响应。,任务9 储能元件与暂态,9.1 电路的暂态,自然界各种事物的运动,在一定条件下都有自己的稳定状态。当 条件发生变化时,就要由一种稳态过渡到另一
2、种新的稳态。例如 原来静止的电动机接通电源后开始起动,转速由零逐渐上升到稳 定的转速,这中间要经历一个过程,即起动的过渡过程,由于过渡过 程往往经历很短暂的时间,所以过渡过程又称为暂态过程或换路 。电路中,由于换路引起的稳定状态的改变,必然伴随着能量的改 变。在含有电容、电感等储能元件的电路中,这些元件上能量的 积累和释放都需要一定的时间。也就是说,储能不可能跃变,需要 有一个过渡过程。,9.2 电感元件,1.电感元件的图形、文字符号 实际的电感元件通常是由导线绕成线圈而成,故实际电感元件常被称为 电感线圈。电感线圈是根据电磁感应原理制成的元件,具有限流、滤波 、励磁和调谐等作用。图9-1a所
3、示为常见的电感元件,图9-1b所示为电感 元件的图形符号。,图9-1 电感元件及其图形符号,2.电感元件的特性 在电压和电流关联参考方向下,线圈产生的感应电动势为,9.3 电容元件,1.电容元件的图形、文字符号,实际电容元件(也称电容器)通常是由两块金属板中间充满电介质(如空 气、云母、绝缘纸、塑料薄膜、陶瓷等)构成。电容元件广泛应用于电 力、电子、通信等设备中,具有耦合、滤波、隔直(流)、调谐和补偿等作 用。图9-2a所示为常见电容元件,图9-2b所示为电容元件的图形符号。,图9-2 电容元件及其图形符号,2.电容元件的特性 当电容器两端的电压发生变化时,电容就进行充电(或放电),从而形成了
4、 充(或放)电电流。在关联参考方向下,电容两端的电压与电流的关系为,9.4 换路定则与初始值,假设换路发生在t=0的瞬间,以t=0-表示换路前的终了时刻,以t=0+表 示换路后的初始时刻,则uC(0-)和iL(0-)分别表示换路前终了时刻的 电容端电压和电感电流;uC(0+)和iL(0+)分别表示换路后初始时刻的 电容端电压和电感电流。在换路的瞬间,电容元件的电压uC不能跃 变,电感元件的电流iL不能跃变,这一规律称为换路定则。那么换路 定则可以表示为,1)由换路前电路(稳态)求uC(0-)和iL(0-)。,2)由换路定则得uC(0+)和iL(0+)。,3)画出t=0+时的等效电路:uC(0+
5、)相当于电压源,iL(0+)相当于电流源,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 相同。,【例9.1】 如图9-3a所示电路中,U=100V,R1=60,R2=100,开关S原处于 位置1,电路达到稳态。试求S由位置1转接到位置2时,电路中R1、R2和C的 电压和电流的初始值。,图9-3 例9.1图,解:选定有关电压和电流的参考方向如图9-3所示。由于电容在直流稳定 状态下相当于开路,所以首先求换路前电容的电压,t=0+时的等效电路如图9-3b所示,根据换路定则得,根据KVL得 (0+)+uC(0+)=0,所以 (0+)=-uC(0+)=-100V,(0+)= =-
6、A=-1A,iC(0+)= (0+)=-1A,对R1则有 (0+)=0A,(0+)=0V,任务10 一阶电路的三要素法,10.1 一阶电路的零输入响应 一阶电路中,若仅有储能元件的初始储能所激发的响应,称为一阶 电路的零输入响应。下面分别讨论RC电路的零输入响应和RL电 路的零输入响应。,10.1.1 RC电路的零输入响应,图10-1 RC电路的零输入响应,10.1.2 RL电路的零输入响应,RL电路的零输入响应是指电感元件的放电过程。图10-4所示电路中,开 关S闭合前电路已经达到稳态,此时电感中的电流I0=IS。若在t=0时开关S 闭合,电路的初始值iL(0+)=I0。根据KVL,可得,1
7、0.1.3 零输入响应的一般表达 一阶电路的零输入响应是指储能元件储存的初始能量对电阻释放的过 程。换路后电路中的电压和电流都是按指数规律 衰减,一阶RC电路 、RL电路的零输入响应都具有以下一般形式:,10.2 一阶电路的零状态响应 一阶电路的零状态响应是指电路换路瞬间储能元件中的初始储能 为零,电路中仅有因外加电源作用而产生的响应。,10.2.1 RC电路的零状态响应,RC电路的零状态响应,是指电容的充电过程。如图10-6所示,开关S原处 于断开状态,电容的初始状态为零,即uC(0+)=0。在t=0时将开关S闭合,电 路接通直流电源US,电源将向电容充电。根据KVL,可得,图10-8 例1
8、0.2图,10.2.2 RL电路的零状态响应 如图10-9所示,iL(0+)=0,t=0时将开关S闭合,根据KVL,得,10.2.3 零状态响应的一般表达,由一阶RC 、RL电路的零状态响应电流、电压的表达式可以看出,电容电 压uC、电感电流iL都是由零逐渐上升到新稳态值,并且都是按指数规律变 化,故一阶电路的零状态响应的一般形式为,10.3 一阶电路的全响应 从响应与激励的关系来看,一阶电路的全响应可分解为一阶零输 入响应和一阶零状态响应的代数和,这是叠加定理的一个应用。,10.3.1 全响应的分解方式 图10-11中,开关S闭合前,电容已经充电, uC(0-)=U0。在t=0时开关S闭合,
9、RC 串联电路与电源US接通。显然,图10-11 RC电路的全响应,10.3.2 三要素法,1)初始值f(0+):可由换路定则和t=0+时的等效电路求得。,2)稳态值f():由换路后t时的稳态等效电路求得。,3)时间常数: =RC或=。,【例10.3】 图10-12中,t=0时开关S由1扳到2,求t0时的uC(t)、iC(t)。,图10-12 例10.3图,解:1)先确定初始值uC(0+):,由换路定则得,2)确定稳态值uC(): 由换路后等效电路得 uC( )=3V,3)确定时间常数:,实训项目3 积分电路与微分电路,1.实训目的,1)学习电路时间常数的测定方法。,2)学会用运算放大器组成积
10、分或微分电路。,3)进一步学会用示波器测绘图形。,2.实训原理说明,1)利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号。,实训图3-1 时间常数的测定,2)时间常数的测定方法。,3)微分电路和积分电路对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要 求。,实训图3-2 微分电路和积分电路,3. 实训设备,4.实训内容 实训电路板的结构如实训图3-3所示,认清R、C元件的布局及其标称值等 。,1)选择动态电路板上R、C元件。,令R=10k ,C=3300pF。组成实训图3-1a所示的RC充放电电路,E为函 数信号发生器输出,取Um=3V, f=1kHZ的方波电压信号,并通过两根同轴 电缆线,将激励源ui和
11、响应uC的信号分别连至示波器的两个输入口YA和 YB ,这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律,测出时间 常数,并描绘ui及uC波形。,令R=10k ,C=0.01F,观察并描绘响应波形,继续增大C之值,定性观察 对响应的影响。,2)选择动态电路板上R、C元件,组成实训图3-2a所示的微分电路,令R=1k ,C=0.01F。,增减R之值,定性观察对响应的影响,并作记录,当R增至1M时,输入输出 波形有何本质上的区别?,实训图3-3 实训电路板,5.实训注意事项,1)调节电子仪器各旋钮时,动作不要过快、过猛。,2)信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起(称共地), 以防外界干 扰而影
12、响测量的准确性。,6.实训项目评价 按照实训项目1的评价指标进行。,思考与练习二,2.1 如题2.1图所示,当开关S闭合前已处于稳态, 已知US=10V,R1=6k, R2=5k,C=100pF,求开关 S闭合瞬间电容电压uC(0+)、电流iC(0+)。,2.2 如题2.2图所示,已知US=10V, R1=6k,R2= 4k,L=100mH,开关S闭合前已处于稳态,试求开 关S闭合瞬间电感电压uL(0+)、电流iL(0+)和电 阻R1电压(0+)。,2.3 如题2.3图所示,已知电路处于稳态,US=6V,R1=10k,R2=20k,R3=20k, L=0.6H。试求开 关S闭合瞬间(0+)、(
13、0+)、uL(0+)和i(0+)。,2.4 题2.4图所示电路,开关S闭合前电感和电容 元件均无储能,试求当开关S闭合后电感和电容 元件电压、电流的初始值。,2.5 题2.5图所示电路中,开关S闭合前电路已处,于稳态,在t=0时将开关S闭合,试求t0时uC(t)、 iC(t)、i1(t)和i2(t)。,2.6 在题2.6图所示电路中,开关S闭合前电路已 处于稳态,在t=0时将开关S闭合,已知US=6V,L=0. 3H,R1=R2=R3=20k,求t0时uL(t)、iL(t)。,2.7 在题2.7图所示电路中,电容未充电,已知US,=6V,R=10k,C=10pF,试求开关S闭合后经过多 长时间uC才能升高到4V?,2.8 题2.8图所示电路中,开关S闭合前电容充电 到U0=10V。已知C=100pF,R1=R2=R4=10k,R3 =20k,试求:,1) 开关S闭合后的时间常数。,2)经过多少时间放电电流下降到0.1mA?,
