《电工技术》课程教学课件（课件讲稿）第3章 电路的暂态分析

第3章电路的暂态分析 3.1暂态过程的产生和初始值的确定 3.2一阶电路的零输入响应 33一阶电路的零状态响应 3.4一阶电路的全响应 3.5一阶线性电路暂态分析的三要素法 作业：P623-2、3-3、3-4、3-7、3-15 2019/10/18 1

2019/10/18 1 3.2 一阶电路的零输入响应 3.3 一阶电路的零状态响应 3.4 一阶电路的全响应 3.5 一阶线性电路暂态分析的三要素法 3.1 暂态过程的产生和初始值的确定 第3章 电路的暂态分析 作业：P62 3-2、3-3、3-4、3-7、3-15

问题的引出一实际生活中的物理现象 加速过程 ·1、汽车：从静止状态 40公里/小时匀速 过渡过程 稳态1 稳态2 物体惯性 ·2、照相机： 闪光灯 利用电容储存电能 ·电容充电需要时间 过渡过程 电磁惯性 2019/10/18 2

2019/10/18 2 问题的引出——实际生活中的物理现象 • 1、汽车： 40公里/小时匀速 稳态1 稳态2 加速过程 过渡过程 • 2、照相机： 利用电容储存电能 • 电容充电需要时间 物体惯性 过渡过程 电磁惯性 从静止状态 闪光灯

第3章电路的暂态分析 稳定状态（稳态）： 在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。 暂态过程： 电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。 研究暂态过程的实际意义 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。 2019/10/18 3

2019/10/18 3 稳定状态（稳态）： 在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。 暂态过程： 电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。 第3章 电路的暂态分析 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。 研究暂态过程的实际意义 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

3.1暂态过程的产生和初始值的确定 3.1.1电路中产生暂态过程的原因 例： (a) 图(a):S闭合前：i=0uR1=uLR2=uR3=0 S闭合后：电流i随电压u比例变化。 所以纯电阻电路不存在暂态过程(R耗能元件)。 2019/10/18

2019/10/18 4 3.1 暂态过程的产生和初始值的确定 3.1.1 电路中产生暂态过程的原因 S闭合后：电流 i 随电压 u 比例变化。 所以纯电阻电路不存在暂态过程 (R耗能元件)。 图(a)：S闭合前： 0 0 1 2 3     R R R i u u u 例： t I O (a) S + - U R2 R3 u2 + - R1 i

例：电容电路 新稳定 (=0) 状态等 效电路 S未动作前，电路 处于稳定状态： U i=0,uc=0。 新的稳 R 定状态 S接通电源后很长 时间，电容充电完毕， 0 电路达到新的稳定状态： 前一个稳 有一个1 i=0,uc=Uso 定状态 过渡期 2019/10/18 5

2019/10/18 5 例：电容电路 uC i US + - + - S R (t0) C S uC i US + - + - R C (t1 ) S 接通电源后很长 时间，电容充电完毕， 电路达到新的稳定状态： S未动作前，电路 处于稳定状态： i  0 , uC  US。 i  0 , uC  0。 ? 有一个 过渡期 0 t uC R US 前一个稳 定状态 US 新的稳 定状态 t1 i 新稳定 状态等 效电路

例：电感电路 (t1) 新稳定 L Us 状态等 效电路 S未动作前，电路处于 稳定状态：i=0,w红=0。 R 新的稳 S接通电源后很长时 定状态 间，电路达到新的稳定 uL 状态，电感视为短路： 前一个稳 0有一个1 uL =0,i= Us 定状态 过渡期 R 2019/10/18 6

2019/10/18 6 例：电感电路 uL i US + - + - S R L (t1 ) S 接通电源后很长时 间，电路达到新的稳定 状态，电感视为短路： S未动作前，电路处于 稳定状态： uL  0 , i  0 , uL  0。 有一个 过渡期 0 t i R US 前一个稳 定状态 US 新的稳 定状态 t1 uL uL i US + - + - S R (t0) L US R 新稳定 状态等 效电路 i 

产生暂态过程的必要条件： ()电路中含有储能元件（内因） (2)电路发生换路（外因） 若Wc发生突变 换路：电路状态的改变。如： 则i=C duc 电路接通、切断、短路、电压 di 产生暂态过程的原因： 般电路不可能！ 由于物体所具有的能量不能跃变而浩成 在换路瞬间储能元件的能量也不能饮变 C储能：1 uc不能突变 1 L储能： WL- L说 2 .i不能突变 2019/10/18 7

2019/10/18 7 产生暂态过程的必要条件： L储能： 2 2 1 WL  L iL 换路: 电路状态的改变。如： 电路接通、切断、 短路、电压改变或参数改变 C 储能： \ uC 不能突变 2 2 1 WC  C uC 产生暂态过程的原因： 由于物体所具有的能量不能跃变而造成 在换路瞬间储能元件的能量也不能跃变 若 u c 发生突变，    d t d u i C C C 一般电路不可能！ 则 (1) 电路中含有储能元件 (内因) (2) 电路发生换路 (外因) \ i L 不能突变

3.1.2换路定则 设：仁0一表示换路瞬间（定为计时起点） =O一表示换路前的终了瞬间（旧电路，稳态） =0+一表示换路后的初始瞬间（新电路，暂态） 仁0一表示换路后很长时间（新电路，稳态值） 电感电路：i(0+)=iz(0_) 电容电路：wc(0+)=uc(0_) 注：换路定则仅用于换路瞬间来确定 暂态过程中uc、i初始值。 2019/10/18 8

2019/10/18 8 电容电路： ( 0 ) ( 0 ) u C +  u C - 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。 设：t=0 — 表示换路瞬间 (定为计时起点) t=0-— 表示换路前的终了瞬间（旧电路，稳态） t=0+—表示换路后的初始瞬间（新电路，暂态） t=∞—表示换路后很长时间（新电路，稳态值） 3.1.2 换路定则 电感电路： ( 0 ) ( 0 ) L +  L -    

3.1.3初始值的确定 初始值：电路中各、i在t=0,时的数值。 求解要点： (1)uc(0+)、iz(0+)的求法。 1)先由t=0.的电路求出wc(0_)、z(0_): 2)根据换路定律求出uc(0+)、z(0+)。 (2)其它物理量初始值的求法。 由t=0,的电路求其它电量的初始值； 2019/10/18 9

2019/10/18 9 3.1.3 初始值的确定 求解要点： (2)其它物理量初始值的求法。 初始值：电路中各 u、i 在 t =0+ 时的数值。 (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+ ) 。 由t =0+的电路求其它电量的初始值；

例1.暂态过程初始值的确定 已知：换路前电路处稳态， C、L均未储能。 试求：电路中各电压和电 流的初始值。 (a) 解：（由换路前电路求4c(0_),i(0_) 由已知条件知uc(0)=0,i(0）=0 根据换路定则得：4c(0,)=uc(0)=0 i(0+)=i(0.)=0 2019/10/18 10

2019/10/18 10 例1．暂态过程初始值的确定 解：(1)由换路前电路求 ( 0 ) , ( 0 ) C - L - u i 由已知条件知 0  0 0  0 - - ( ) , ( ) C L u i 根据换路定则得： ( 0 )  ( 0 )  0 C + C - u u ( 0 )  ( 0 )  0 L + L -     已知：换路前电路处稳态， C、L 均未储能。 试求：电路中各电压和电 流的初始值。 S C R2 (a) U R1 + t=0 - L