当前位置：文档之家 › 电工与电子学课件--第三章电路的暂态分析

电工与电子学课件--第三章电路的暂态分析

  • 格式：ppt
  • 大小：1.43 MB
  • 文档页数：60

下载文档原格式

  / 60

合集下载

电工技术--第三章 电路的暂态分析

电工技术--第三章 电路的暂态分析


产生暂态过程的必要条件：
电工技术 若 uc 发生突变，
2
目录
电工技术
3. 研究过渡过程的意义
(1) 利用电路暂态过程产生特定波形的电信号
如锯齿波、三角波、尖脉冲等，应用于电子电路。 (2) 控制、预防可能产生的危害 暂态过程开始的瞬间可能产生过电压、过电流使 电气设备或元件损坏。 注意：直流电路、交流电路都存在过渡过程。 本课的重点讲授直流电路的过渡过程。
合S后： 电流 i 随电压 u 比例变化。 电阻是耗能元件，其上电流和电压可以突变。
所以电阻电路不存在暂态过程 (R耗能元件)。
目录
电工技术
电 容 电 路
K
+ t=0 _E
R
uC iC C
uC
E
o
iC
uC
t
合 S前 :
iC 0 , uC 0
有过渡过程
合S后： uC 由零逐渐增加到U
∵电容的
电工技术
第 3 章 电路的暂态分析
目录
电工技术
第3章电路的暂态分析
• 3.1 动态元件
•3.2 换路定则与初始值的确定 •3.3 RC电路暂态分析
•3.4 微分电路与积分电路 3.5 RL电路暂态分析
目录
电工技术
第3章 电路的暂态分析
本章要求 ： 1.理解动态元件的物理性质及其在电路 中的作用. 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，以及时 间常数的物理意义。 4. 掌握一阶线性电路分析的三要素法。
目录
电工技术
t=0+时的等效电路
i
i2
i1 (0 ) i L (0 ) i L (0 ) 1.5 mA
《电工电子》第3章电路的暂态分析

《电工电子》第3章电路的暂态分析

在直流电路启动过程中，会产生较大的暂态电流和电压，通过暂态分析可以了解启动过程的特性 ，为电路设计和设备选型提供依据。
预测直流电路中的故障
利用暂态分析可以预测直流电路中的短路、断路等故障，从而及时采取维修措施，避免故障扩大 。
优化直流电路的控制策略
通过暂态分析可以了解直流电路在不同控制策略下的响应特性，从而选择最优的控制策略，提高 电路的控制精度和稳定性。
在暂态过程中，电阻的电压和电流会发生变 化，但电阻本身不会储存能量，因此电阻的 暂态响应是被动的，取决于外部电路的变化 。
电阻的阻值决定了电路中电流的大小， 因此在暂态过程中，电阻的阻值会影 响电流的变化速率。
电容的暂态特性
电容的充电和放电过程
当电容两端的电压发生变化时，电容会进行充电或放电， 这个过程需要一定的时间，因此电容的暂态过程相对较长。
稳态过程
电路在稳定状态下的工作过程， 此时电路中各处的电压、电流等 物理量均保持恒定或呈周期性变 化。
暂态分析的重要性
01
02
03
理解电路行为
通过暂态分析，可以深入 了解电路在开关操作、电 源变化等条件下的行为特 性。
优化电路设计
暂态分析有助于优化电路 设计，提高电路的稳定性 和可靠性，减少不必要的 能量损失和电磁干扰。
分析仿真与实验结果之间存在的误差，探 讨误差产生的原因，如元件参数不准确、 测量误差等。
改进建议
总结与反思
根据误差分析结果，提出相应的改进建议 ，如优化仿真模型、提高测量精度等，以 提高暂态分析的准确性。
对整个暂态分析的仿真与实验验证过程进行 总结与反思，总结经验教训，为后续的电路 设计与分析提供参考。
阻尼比与振荡性质
阻尼比是描述振荡衰减快慢的参数。根据阻尼比的大小，二阶电路的振荡可分为过阻尼、 临界阻尼和欠阻尼三种情况。在欠阻尼情况下，电路将呈现持续的振荡现象。
《电路的暂态分析》课件

《电路的暂态分析》课件


基础电路理论概述
电流、电压、电阻等基础电路理论是理解电路暂态分析的基础，掌握这些理 论对于深入理解电路行为至关重要。
暂态响应的数学模型
暂态响应的数学模型描述了电路在不同输入条件下的响应过程，通过建立数学方程来分析电路的行为。
暂态分析的计算方法
暂态分析的计算方法通过利用数值分析和计算机模拟等技术，可以得到电路 在特定条件下的响应结果，以进一步优化电路设计。
《电路的暂态分析》PPT 课件
电路暂态分析是研究电路在初始或者随时间变化条件下的响应过程，应用广 泛。
电路暂态分析的定义
电路暂态分析研究电路在初始或随时间变化条件下的响应过程，帮助我们了 解电路在特定条件下的运行情况。
暂态分析的应用领域
暂态分析在电力系统、电子电路、通信系统等领域中的应用十分重要，可以 帮助优化设计和解决问题。
实际案例分析
通过实际案例分析，我们可以了解到电路暂态分析在实际工程中的应用情况， 以及如何通过暂态分析解决实际问题。
总结和展望
通过对电路暂态分析的学习和实践，我们能够更好地理解电路行为，提高电路设计
电工学之电路暂态分析ppt课件

电工学之电路暂态分析ppt课件


2.自感电动势：eL
dψLdi
dt
dt
3.电感元件储能
根据基尔霍夫定律可得：ueL
Ldi dt
将上式两边同乘上 i ，并积分，则得：
t udit
iLdii1L2i
0
0
2
磁场能
W 1 Li2
2
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
能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电
电感电路： L(0)L(0)
电容电路： uC(0)uC(0)
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。
3.初始值的确定
初始值：电路中各 u、i 在 t =0+ 时的数值。 求解要点： (1) uC( 0+)、iL ( 0+) 的求法。 1) 先由t =0-的电路求出 uC ( 0– ) 、iL ( 0– )； 2) 根据换路定律求出 uC( 0+)、iL ( 0+) 。 (2)其它电量初始值的求法。
1.电路中产生暂态过程的原因
例：
i
S R1
I
+
U
-
+
R2 R3 u2 -O
t
(a) 图(a)：
合S前：i0u R 1u R 2u R 30
合S后：电流 i 随电压 u 比例变化。
所以电阻电路不存在暂态过程 (R耗能元件)。
3.2 储能元件和换路定则
SR
uC
暂态
+
U
–
iC
C
+ –
uC
U
o
(b)
t
图(b)
合S前: iC 0 , uC 0
《电路的暂态分析 》课件

《电路的暂态分析 》课件


暂态分析的重要性
理解电路在不同工作 状态下的性能表现。
为电路设计和优化提 供依据。
预测电路在不同工作 条件下的响应。
暂态分析的基本方法
时域分析法
通过建立和求解电路的微分方程来分析暂态过 程。
频域分析法
通过将电路转换为频域表示，利用频率特性来 分析暂态过程。
状态空间分析法
通过建立和求解电路的状态方程来分析暂态过程。
03
了解电路暂态分析在电子设备和电力系统 中的应用实例。
04
提高学生对电气工程学科的认识和理解， 培养其解决实际问题的能力。
CHAPTER
02
电路暂态的基本概念
暂态与稳态
01
暂态
电路从一个稳定状态过渡到另一 个稳定状态的过程。
02
03
稳态
暂态分析
电路中各变量不再随时间变化的 状态。
研究电路在暂态过程中的行为和 特性。
分析方法
采用时域和频域分析方法，研究电机启动过程中的电压和 电流波形，分析电路中的阻抗和传递函数，计算电路的响 应时间和超调量等参数。
应用价值
电机广泛应用于工业生产和电力系统中，通过暂态分析可 以更好地理解其工作原理和性能特点，为实际应用提供理 论支持。
数字信号处理中的暂态分析
数字信号处理中的暂态分析
开关电源的暂态分析
01 02
开关电源的暂态分析
开关电源在启动、关闭或负载变化时，电路中的电压和电流会经历暂态 过程。通过暂态分析，可以了解开关电源的性能，优化电路设计，提高 电源的稳定性和效率。
分析方法
采用时域和频域分析方法，研究开关电源的电压和电流波形，分析电路 中的阻抗和传递函数，计算电路的响应时间和超调量等参数。
电路的暂态分析电工课件

电路的暂态分析电工课件


03
CATALOGUE
电路暂态的数学模型
一阶电路暂态的数学模型
微分方程
一阶电路的暂态可以用一 阶常微分方程表示，描述 了电流或电压随时间的变 化规律。
初始条件
描述电路在t=0时刻的电 流和电压状态。
时间常数
决定暂态持续时间的重要 参数，与电路的电阻、电 容或电感值有关。
二阶电路暂态的数学模型
微分方程
电路的暂态分析电工课件
CATALOGUE
目 录
• 电路暂态的基本概念 • 电路暂态的分析方法 • 电路暂态的数学模型 • 电路暂态的响应特性 • 电路暂态的应用实例
01
CATALOGUE
电路暂态的基本概念
定义与特点
定义
电路暂态是指电路从一个稳定状 态过渡到另一个稳定状态所经历 的过程。
特点
电路暂态具有非稳态、不连续和 时间有限的特点，其持续时间通 常很短，但在此期间电路中的电 流和电压会发生显著变化。
高速数字信号处理
在高速数字信号处理中，信号的采样和处理需要精确控制。通过对电路暂态的分析，可以优化采样时 刻和采样频率，从而提高信号处理的准确性和效率。
THANKS
感谢观看
总结词
将电路的微分方程转化为频域中的代数方程，通过求解代数方程得到电流和电 压的频域表示。
详细描述
频域分析法是将电路的微分方程通过傅里叶变换转化为频域中的代数方程，通 过求解代数方程得到电流和电压的频域表示。这种方法能够方便地处理线性电 路，但对于非线性电路需要采用线性化方法进行处理。
复频域分析法
CATALOGUE
电路暂态的分析方法
时域分析法
总结词
通过建立电路的微分方程，直接求解得到电流和电压的时域 响应。
电工电子学课件_______第三章

电工电子学课件_______第三章


t
第三章 电路的暂态分析
23
RL电路的响应
RL电路的暂态过程分析方法与RC电路相同。
第三章 电路的暂态分析
24
§ 3.3 一阶线性电路暂态分析的三要素法
一阶线性电路： 只含有一个储能元件或可等效为只含一个储能 元件的线性电路，不论是简单的或是复杂的，当电 路中元件参数为常数时，它的微分方程是一阶常系 数线性微分方程，这种电路称为一阶线性电路。 一阶线性电路的响应是稳态分量（包括零值） 和暂态分量两部分的叠加。一阶电路的数学描述是 一阶微分方程，其解的一般形式为：
0
uC

5
t
U
36.8% U
0
1
2 1
由波形图： 1 2 3
3
t
越大，过渡过程曲线变
化越慢，uC达到稳态所需 要的时间越长。
3 2
结论: 是决定电路过渡过程变化快慢的电路参数。
第三章 电路的暂态分析
17
求t≥0时电路的uR(t)和i(t)
u R ( t ) uC ( t ) Ue V （t≥0）
第三章 电路的暂态分析
• 换路定则与电压和电流初始值的确定 • 一阶线性电路的响应 • 一阶线性电路暂态分析的三要素法
第三章 电路的暂态分析
1
§3.1 换路定则与电压和电流初始值的确定
一、概述
1. “稳态”与 “暂态”的概念
S
Us R i C + uC − Us S
R i
C
+ uC −
S未动作前 i = 0， uC = 0
8
例3.1
电路如图，求开关闭合后 各元件电压电流的初始值。 设开关闭合前，电路已处于 稳态。已知: U=6V，R1=2Ω， R2= 4Ω
电工学第3章 电路的暂态分析(A1)

电工学第3章 电路的暂态分析(A1)


能趋于零，其两端的电压也趋于零，所以有：
C
uC () 0V ——常数
iC (t)
C
du (t ) dt
t
0A
u R2
+C
_C
t>0+时
例3
K
uR
+ t=0 R
iL
U_
uL L
已知: R=1kΩ,
L=1H , U=20 V、
求 : iL (0 ), uL (0 )
+ U_
uR
R
iL
uL
t=0+
解: 根据换路定理
1 . 电路接通、断开电源 2 . 电路中电源的升高或降低 3 . 电路中元件参数的改变
…………..
换路定则: 在换路瞬间，电容上的电压、电
感中的电流不能突变。
iC
i i发生突变
i2 i1
t0
t
u L di L i
dt t
L i2 i1 t0 t0
u
u u发生突变
u2 u1
t0
t
i C du C u
(0
)
若 uC (0 ) 0，换路瞬间， 电容相当于恒压源；
例2：
t=0
K
R1
+
_U
R2
i U=12V R1=2k R2=4k C=1F
C
C
uc (0 ) ? iC (0 ) ?
uC uC () ?iC () ?
开关断开后，电容器开始放电，为电阻R2提供电能，电容器
i 不断放电，电阻R2不断消耗电能，当t→∞时，电容器存储的电
求 : iL () ?
uL() ?
解:
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

⒊ 电感元件能量
将 u L di 两边乘以 i，并积分之，得
dt
t udit
iLdii1L2i
0
0
2
磁场能量：W 1 Li 2
2
当电感元件中的电流增大时，磁场能量增大，
电能转换为磁能，即电感元件从电源取用能量。
当电流减小时，磁场能量减小，磁能转换为电 能，即电感元件向电源放还能量。
电感元件是储能元件，不是耗能元件
02.04.2021
电工与电子学
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.1 电阻元件、电感元件与电容元件
3.1.3 电容元件
⒈ 参数意义： C q u
电容单位：
法(F)，微法(μF)，皮法(pF)
i
+
u
C
-
电容元件
⒉ 电压与电流的关系
i dq Cdu dt dt
当电压变化率为零时，即电压为恒定电压时，
02.04.2021
电工与电子学
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.2 储能元件和换路定则
⒉ 非独立初始条件(其它电压和电流的初始值)的确定 换路瞬间，除电容电压uC与电感电流iL不能跃变
外，其它电量均可以跃变。
画出t = 0+时的等效电路： ⑴换路前，如果储能元件无储能，则在t = 0+的等效电 路中，电容元件视作短路，电感元件视作开路。
⒈ 独立初始条件uC(0+)与iL(0+)的确定 换路前，若储能元件储有能量，则在t = 0-的等
效电路中：
⑴由t = 0-的等效电路求出uC(0–)、iL(0–)。 电容元件视作开路，即求开路电压uC(0–)。 电感元件视作短路，即求短路电流iL(0–)。
⑵根据换路定则求出uC(0+)、iL(0+)。
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.1 电阻元件、电感元件与电容元件
电容元件从电源取用能量（充电）。
当电压降低时，电场能量减小，电容元件向电
源放还能量（放电）。
电容元件是储能元件，不是耗能元件
02.04.2021
电工与电子学
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.2 储能元件和换路定则
3.2.1 电路中产生暂态过程的条件与原因
⒈ 产生暂态过程的条件
⑴电路中含有储能元件； ⑵电路发生换路。
电容元件中储有的电能 1
不能跃变。
2
Cu
2 C
不能跃变，因此uC
3.2.2 换路定则
换路定则：电路换路瞬间，电感元件中的电流和电容 元件上的电压不能跃变。
设 t = 0 为换路瞬间，则 t = 0- 表示换路前的终了瞬间
02.04.2021 t = 0+表示换路后电工的与电初子学始瞬间（初始值）
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
流过电容电流为零，故电容对直流电路视作开路。
02.04.2021
电工与电子学
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.1 电阻元件、电感元件与电容元件
⒊ 电容元件能量
将 i C du 两边乘以 u，并积分之，得
dt
t
udit
uCduu1C2u
0
0
2
电场能量：W 1 Cu 2
2
当电容元件上的电压增高时，电场能量增大，
例：换路前电路处于稳态，试求图示电路中元件电压
和电流的初始值。
解：⑴由t = 0-等效电路求 uC(0–)、iL (0–)
iL06264121A
i1
i2
6
+S
24V
- iS
6 iC
t =0 + uC
-
iL 12
+
uL
-
uC01i2L(0)
6
6
12112V
+S
iL 0 iL (0 ) 1 A
24V
-
+
uC(-0-)
u C0 u C (0 ) 1V 2
02.04.2021
电工与电子学
t = 0-等效电路
12 iL(0-)
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.2 储能元件和换路定则
⑵由t = 0+等效电路求非独立初始值
i1(0)
244A 6
i1(0+) 6
i2(0+) 6
i2(0)1622A
换路：电路的Biblioteka 通、断开、短路、电压改变或 参数改变等，使电路中的能量发生变化。
⒉ 产生暂态过程的原因
换路瞬间由于储能元件的能量不能跃变而产生。
02.04.2021
电工与电子学
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.2 储能元件和换路定则
电感元件中储有的磁能 不能跃变。
1 2
Li
2 L
不能跃变，因此iL
3.2 储能元件和换路定则
换路定则
L (0 )L (0 )
uC(0)uC(0)
换路定则仅适用于换路瞬间，用来确定t = 0+时 电路中电压和电流之值，即暂态过程的初始值。
02.04.2021
电工与电子学
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.2 储能元件和换路定则
3.2.3 初始值的确定
⑵换路前，如果储能元件储有能量，则在t = 0+的等效 电路中：
电容元件用理想电压源代替，其电压值为uC(0+)；
电感元件用理想电流源代替，其电流值为iL(0+)。
⑶根据t 02.04.2021
=
0+等效电路求电非工与独电子立学 初始值。
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.2 储能元件和换路定则
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.3 RC 电路的响应
经典法：根据激励(电源电压或电流)，通过求解电路 的微分方程得出电路的响应(电压和电流)。
3.3.1 RC电路的零输入响应
零输入响应：无电源激励，
输入信号为零，仅由电容元
件的初始状态 uC(0+) 所产生 的电路的响应。
+
U-
实质：分析RC电路的放
电过程。
02.04.2021
电工与电子学
1S
i
2
t=0
+
R uR
-
+
C -uC
RC放电电路
回主页 总目录 章目录 上一页 下一页 退出
3.3 RC电路的响应
t = 0 时开关S由1切换到2
uC(0)uC(0)U
⒈ 电容电压 uC 的变化规律 （t 0）
iS(0)i1(0)i2(0)
+ S iC(0+)
24V
+
-
iS(0+)
uC(0+-)
iL(0+)
+
uL(0+-)
t = 0+等效电路
12
426A
iC (0)i2(0)iL(0)213A
u L (0 ) u C (0 ) 1iL ( 2 0 )1 2 1 2 10
02.04.2021
电工与电子学