電路的暫態(tài)分析

發(fā)布時間:2024-03-10
電路的暫態(tài)分析是對電路從一個穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一個穩(wěn)定狀態(tài)時中間經(jīng)歷的過渡狀態(tài)的分析。
電路中產(chǎn)生暫態(tài)過程的原因是由于電路的接通、斷開、短路、電路參數(shù)改變等——即換路時,儲能元件的能量不能躍變而產(chǎn)生的。
(1)換路定則與電壓、電流初始值的確定
換路定則用來確定暫態(tài)過程中電壓、電流的初始值,其理論根據(jù)是能量不能躍變。
在換路瞬間儲能元件的能量不能躍變,即
電感元件的儲能 不能躍變
電容元件的儲能 不能躍變
否則將使功率達到無窮大
設t=0為換路瞬間,而以t=0–表示換路前的終了瞬間,t=0+表示換路后的初始瞬間。
則換路定則用公式表示為:
電壓與電流初始值的確定
* 作出t=0–的等效電路,在此電路中,求出 和 。
* 由換路定則得到和。
* 作出t=0+的等效電路
換路前,若儲能元件沒有儲能,則在t=0+的等效電路中,可將電容短路,而將電感元件開路;若儲能元件儲有能量,則在t=0+的等效電路中,電容可用電壓為 的理想電壓源代替,電感元件則可用電流為 的理想電流源代替。
*在t=0+的等效電路中,求出待求電壓和電流的初始值。
(2)rc電路的響應
在t=0時將開關s合到1的位置
根據(jù)kvl,t≥0 時電路的微分方程為
設換路前電容元件已有儲能,即 ,解上述微分方程,得
t=rc單位是秒,所以稱它為rc電路的時間常數(shù)。
這種由外加激勵和初始儲能共同作用引起的響應,稱為rc 電路的全響應。
若換路前電容元件沒有儲能,即 ,則
初始儲能為零,由外加電源產(chǎn)生的響應,稱為rc電路的零狀態(tài)響應。
uc隨時間變化曲線
時間常數(shù)t=rc,當t=t時,uc= 63.2%u
uc由初始值零按指數(shù)規(guī)律向穩(wěn)態(tài)值增長,電路中其他各量要具體分析才能確定。
若在t=0 時將開關s由1合到2的位置,如下圖。這時電路中外加激勵為零,電路的響應由電容的初始儲能引起的,故常稱為rc 電路的零輸入響應。
電容兩端的電壓uc由初始值u0向穩(wěn)態(tài)值零衰減,這是電容的放電過程,其隨時間變化表達式為
在零輸入響應電路中各電量均由初始值按指數(shù)規(guī)律向穩(wěn)態(tài)值零衰減。
時間常數(shù)t=rc,當t=t 時,uc=36.8%u0
(3)一階電路暫態(tài)分析的三要素法
只含有一個儲能元件或可等效為一個儲能元件的線性電路稱為一階電路,其微分方程都是一階常系數(shù)線性微分方程。
一階rc電路響應的表達式:
歸納為:
在一階電路中,只要求出待求量的穩(wěn)態(tài)值、初始值和時間常數(shù)t這三個要素,就可以寫出暫態(tài)過程的解。
(4)rl電路的響應
rl電路的響應可以對照rc電路來學習,例如兩者的全響應:
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