第2节电路的暂态过程讲述.pptVIP

复习与提问 第二节 电路的暂态过程 一、RC电路的暂态过程* 二、 RL电路的暂态过程* 产生过渡过程的电路及原因? 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。 RC电路的充电过程： 当t=0时，uc=0，i=E/R，即刚开始充电时，电容器两端的电压为零，电源的电动势全部加于电阻R上，这时充电电流最大；当t=∞时， uc=E，i=0，表示当充电时间足够长时，电容器两端的电压达到最大，其值等于电源的电动势E，而充电电流则趋于零，这时电路达到了稳定状态。 说明： 当充电时间t=RC时，电容器两端的电压uc和充电电流i分别为 2、RC电路的放电过程 如果将开关K合向“2”的位置，则电容器C将通过电阻R放电，RC电路进入放电暂态过程。 结论： 由上式可知，在放电过程中，电容器两端的电压uc和放电电流i都从它们各自的最大值按指数规律衰减。经过t=5τ的时间后，可认为暂态过程结束，电路达到稳态。 电容器放电的快慢也取决于时间常数τ=RC，τ值越大，放电越慢，τ值越小，放电越快。 二、RL电路的暂态过程 充电： 当开关K与“1”接通时，电流开始通过RL回路，这时可得电压方程： L/R也具有时间的量纲，把它叫做RL电路的时间常τ数，即τ=R/L。它的大小决定了回路中电流增长的快慢，τ值越大，电流增长慢，趋于稳态值的时间就长；τ值越小，电流增长快，趋于稳态值的时间就短。 放电： 当开关K拨到“2”位置，这时电阻上的电压为： 小结： 电容器两端的电压或通过电感元件的电流不能突变，而要有一个逐渐变化的过程，这个过程进行的快慢决定于电路的时间常数。 课后思考和练习 * 基尔霍夫定律的内容?适用的场合? 叠加定理、戴维南定理和诺顿定理所应用的场合？ 一、RC电路的暂态过程 t E 稳态 暂态 旧稳态 新稳态 过渡过程 : C 电路处于旧稳态 K R E + _ 开关K闭合 电路处于新稳态 R E + _ “稳态”与 “暂态”的概念: ? ? 电阻电路 t = 0 E R + _ I K 电阻是耗能元件，其上电流随电压成比例变化， 不存在过渡过程。 无过渡过程 I t E t 电容为储能元件，它储存的能量为电场能量 ，其大小为： 电容电路 储能元件 因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电容的电路存在过渡过程。 E K R + _ C uC t 储能元件 电感电路 电感为储能元件，它储存的能量为磁场能量，其大小为： 因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电感的电路存在过渡过程。 K R E + _ t=0 iL L 小 结 有储能元件（L、C）的电路在电路状态发生 变化时（如：电路接入电源、从电源断开、电路 参数改变等）存在过渡过程；没有储能作用的电阻（R）电路，不存在过渡过程。 电路中的 u、i在过渡过程期间，从“旧稳态”进 入“新稳态”，此时u、i 都处于暂时的不稳定状态， 所以过渡过程又称为电路的暂态过程。 1 i 2 0.63E E UC τ 0 t 0 t τ i E i R R C K 图1-10 RC充放电电路 图1-11 RC电路充电的暂态过程 RC充放电电路，当开关K末接通“1”之前电容器C不带电，两极板之间的电压uc为零。当开关K合向“1”时，电源E通过电阻R向电容C充电，充电电流i和电容器两端的电压uc都随时间变化。 1、RC电路的充电过程 电容器充电时两端的电压为： 充电电流表示为： Ri+uc=E 根据基尔霍夫定律可得： 这里RC的乘积称为电路的时间常数（time constant），以τ表示，它决定暂态过程中uc和i的变化快慢。τ值越大，电流和电压的变化越缓慢；τ值越小，则变化越快。 理论上，当t=∞时，电流i才能达到稳定值。但实际上，当时，已达到了稳态值99.3%，可以认为电压和电流基本达到了它们的稳态值。 Ri=uc 根据初始条件t=0时，uc=E可得 具有时间的量纲, 称为时间常数。 时间常数决定了 过渡过程的快慢 1 K E R i 2 L i τ 0 t 图1-13 RL串联电路 图1-14 RL电路中电流的增长 0 t τ i 代入初始条件可得：