電工基礎(chǔ)第六章--電路的過渡過程-課件

1、 第一節(jié) 過渡過程及換路定律電工基礎(chǔ) 第六章 電路的過渡過程 第二節(jié) RC電路的過渡過程 第三節(jié) RL電路的過渡過程213 第一節(jié) 過渡過程及換路定律一、 電路的過渡過程 電路中兩種穩(wěn)定狀態(tài)之間的變化過程叫做電路的過渡過程。過渡過程 穩(wěn)態(tài) 新的穩(wěn)態(tài) 過渡過程關(guān)系圖過渡過程是一種自然現(xiàn)象，時(shí)間雖然很短，但對(duì)實(shí)際工作有著重大的影響。有利的方面:電子技術(shù)中常用它來產(chǎn)生各種波形；不利的方面:在暫態(tài)過程發(fā)生的瞬間，可能出現(xiàn)過電 壓或過電流，致使設(shè)備損壞，必須采取防范措施。一、 電路的過渡過程 過渡過程是怎樣發(fā)生的？ 它的產(chǎn)生一般是由電路的接通、斷開、改接 及參數(shù)或電源電壓的改變所引起的，這些改變稱為換路

2、，也就是電路在換路后，將從一種穩(wěn)態(tài)向另一種穩(wěn)態(tài)過渡。二、 發(fā)生過渡過程的原因 如圖所示的電路開關(guān)S閉合前電路中，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。電阻支路：支路電流立刻達(dá)到穩(wěn)定值，電路進(jìn)入另一個(gè)穩(wěn)態(tài)。說明純電阻電路無過渡過程。電感支路：支路中電流從零增加到I需要經(jīng)過一段時(shí)間即電流不能突變，存在過渡過程。電容支路：支路中電容兩端電壓不能突變，所以也存在過渡過程開關(guān)S閉合后二、 發(fā)生過渡過程的原因 電路中之所以出現(xiàn)過渡過程，是因?yàn)殡娐分杏须姼?、電容這類儲(chǔ)能元件的存在。 三、換路定律 通過電感支路的電流只能連續(xù)變化不能發(fā)生突變。由于電感兩端的自感電動(dòng)勢(shì)E=L,如果電感支路中的電流能發(fā)生突變，即在極短的時(shí)間內(nèi)的 電流

3、發(fā)生躍變，那么 將趨于無窮大， 必然無窮大，這顯然是不可能的。 同樣的道理，在具有電容的支路中，電容器兩端的電壓不能發(fā)生突變。電容支路中的電流 如果 能發(fā)生突變，那么該支路的電流將變無窮大，這顯然也是不可能的。如果電流或電壓能躍變，那么磁場(chǎng)能（ ），電場(chǎng)能（ ），也必然隨之發(fā)生躍變，而功率（ ）必然無窮大，這是不可能的。三、換路定律三、換路定律得出如下兩個(gè)重要結(jié)論：(1) 電感中的電流不能發(fā)生突變。(2) 電容兩端的電壓不能發(fā)生突變。 上面兩個(gè)結(jié)論，稱為電路的換路定律，即電路在換路后的一瞬間，電感中的電流和電容兩端的電壓都不能突變，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為四、 換路時(shí)電路的初始值 換路定律可以確定電路發(fā)

4、生過渡過程的起始值（即 時(shí)的值），它是研究過渡過程必不可少的依據(jù)。 根據(jù)換路定律只能求出電路換路時(shí)電容和電感電流的初始值，電路其他部分電壓、電流的初始值還應(yīng)根據(jù)基爾霍夫定律來確定。 第二節(jié) RC電路的過渡過程一、 RC電路的充電過程 如圖所示的RC串聯(lián)電路中，以電容器C為研究對(duì)象，開關(guān)S閉合瞬間，也就是換路瞬間的情況，根據(jù)換路定律可知，電容器兩端電壓為電路中的電流為一、 RC電路的充電過程 開關(guān)S閉合后，電路開始向電容器充電，隨著電容器充電過程的進(jìn)行，兩極板上電荷量的增加，兩極板間電壓升高，逐漸接近電源電壓，則充電電流逐漸減小，直到為零，過渡過程結(jié)束，電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)理論和實(shí)驗(yàn)證明,

5、RC電路的充電電流按指數(shù)規(guī)律變化，任意一個(gè)RC電路充電電流數(shù)學(xué)表達(dá)式為 則電阻兩端的電壓 為電容器兩端的電壓 為一、 RC電路的充電過程一、 RC電路的充電過程 / 在過渡過程中隨時(shí)間變化的曲線，如圖所示。其中, 叫做電路的充電時(shí)間常數(shù)，單位是秒，它反映電容器的充電速率。 越大，充電過程越緩慢；越小充電過程越快。當(dāng) 時(shí)， 是電容器充電電壓達(dá)到終值的 時(shí)所用的時(shí)間。當(dāng) 時(shí)，可認(rèn)為過渡過程結(jié)束。二、三要素法 在電路中只含有一個(gè)儲(chǔ)能元件或經(jīng)簡(jiǎn)化后只剩下一個(gè)儲(chǔ)能元件的電路成為一階電路。 一階電路過渡過程的解總是由暫態(tài)分量與穩(wěn)態(tài)分量?jī)刹糠纸M成。暫態(tài)分量是隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減的，用 來表示；穩(wěn)態(tài)分量是電路

6、換路后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的值，用 來表示，所以一階電路過渡過程的解可表達(dá)為為時(shí)間常數(shù)，A是一個(gè)由電路初始條件確定的常數(shù)。 此式中三個(gè)要素為穩(wěn)態(tài)值 、初始值 和時(shí)間常數(shù) 。根據(jù)此公式來求解一階電路過渡過程的方法就稱為三要素法。 值得強(qiáng)調(diào)的是，三要素法只適用于求解一階線性電路，對(duì)于二階或高階的電路是不適用的。二、三要素法三、RC電路的放電過程 在圖中，S撥在“1”位時(shí)電路已穩(wěn)定，C兩端的電壓為E。在 時(shí)將S由“1”撥向“2”，此時(shí)，電容器將通過電阻R放電。 換路前 時(shí)，電容兩端的電壓為 ，根據(jù)換路定律，換路后的瞬間此時(shí)電路的放電電流為 電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電容中的電荷全部放完，故 三、RC電路的放電過程

7、三、RC電路的放電過程放電回路的時(shí)間常數(shù)為 放電時(shí)，電容兩端的電壓 、放電電流 的變化規(guī)律仍可用三要素法來確定。按指數(shù)規(guī)律變化，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 三、RC電路的放電過程 電容通過電阻放電的電流和電容兩端的電壓都按指數(shù)規(guī)律變化，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 根據(jù)上式畫出電流、電壓隨時(shí)間變化的曲線，如圖 電容放電時(shí) 、 變化曲線三、RC電路的放電過程 電路達(dá)穩(wěn)定狀態(tài).放電快慢由時(shí)間常數(shù) 決定， 越大放電就越慢 第三節(jié) RL電路的過渡過程一、RL電路短接的過渡過程 在上圖所示的電路中，開關(guān)S在“1”位置，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，有電流流過，此時(shí)電感相當(dāng)于短路，電感中的電流為一、RL電路短接的過渡過程 在 時(shí)刻，迅速將開關(guān)

8、s由“1”置于“2”的位置，由于電感中的電流不能發(fā)生突變，則在 時(shí)的電流為電阻兩端電壓 電感兩端電壓 一、RL電路短接的過渡過程 電流在R,L構(gòu)成的回路中流通，流過電阻R時(shí)，電阻將電能而消耗掉,隨著時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，電流也逐漸減小，最終電感中所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量全部被電阻轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉。所以，電路達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感中的電流為 所以在過渡過程中都按指數(shù)規(guī)律下降，最后下降為零，電路達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，電路中的電流為 一、RL電路短接的過渡過程 根據(jù)三要素其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 電流 ，電壓 ， 隨時(shí)間變化的曲線 如圖所示，其變化速度決定與電路的時(shí)間常數(shù)。 一、RL電路短接的過渡過程 二、 直流電壓作用與RL電路的過渡過程 上圖所示的RL串聯(lián)電路中，開關(guān)S閉合前電感中的電流為零。在 時(shí)S閉合，由于電感中的電流不能突變，故有 二、 直流電壓作用與RL電路的過渡過程 后，電感中的電流逐漸增大。電路達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，電感相當(dāng)于短路，此時(shí)的電流為根據(jù)三要素法的公式，S閉合后電路中的電流為二、 直流電壓作用與RL電路的過渡過程電阻R兩端的電壓為式中 為電路的時(shí)間常數(shù)， 二、 直流電壓作用與RL電路的過渡過程 電流 ，電壓 、 隨