动态电路的方程及其初始条件
1.动态电路
富含动态元件电容和电感的电路称动态电路。因为动态元件是储能元件,其 VCR 是对时间变量 t 的微分和积分联络,因而动态电路的特征是:当电路状况发作改动时(换路)需求履历一个改动进程才干抵达新的安稳状况。这个改动进程称为电路的过渡进程。
下面看一下电阻电路、电容电路和电感电路在换路时的表现。
1)电阻电路
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图 1 (a) | (b) |
2)电容电路
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图 2 (a) | (b) |
![]() | 图2(a)所示的电容和电阻构成的电路在开关未动作前,电路处于安稳状况,电流 i 和电容电压满意:i=0,uC=0。 t=0 时合上开关,电容充电, 接通电源后很长时间,电容充电完毕,电路抵达新的安稳状况,电流 i 和电容电压满意:i=0,uC=US 。 |
图 2 (c) |
3)电感电路
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图 3 (a) | (b) |
![]() | 图3(a)所示的电感和电阻构成的电路在开关未动作前,电路处于安稳状况,电流i 和电感电压满意:i=0,uL=0。 t=0 时合上开关。接通电源很长时间后,电路抵达新的安稳状况,电流 i 和电感电压满意:i=0,uL=US/R 。 |
图 3 (c) |
从以上剖析需求明晰的是:
1)换路是指电路构造、状况发作改动,即支路接入或断开或电路参数改动;
2)富含动态元件的电路换路时存在过渡进程,过渡进程发作的要素是因为储能元件L、C ,在换路时能量发作改动,而能量的贮存和开释需求必定的时间来完毕,即:
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![](http://www.591dg.com/uploads/allimg/blog/fvqj2jcwgad.gif)
3)代替电路方向即是研讨换路后动态电路中电压、电流随时间的改动进程。
2. 动态电路的方程
剖析动态电路,首要要树立描写电路的方程。动态电路方程的树立包含两有些内容:一是运用基尔霍夫规矩,二是运用电感和电容的微分或积分的根柢特性联络式。下面通过例题给出具体的阐明。
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图 4 | 图5 |
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因为电容的 VCR 为:
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从以上两式中消去电流得以电容电压为变量的电路方程:
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若以电流为变量,则有:
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对以上方程求导得:
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设 RL 电路如图5 所示的,依据 KVL 列出回路方程为:
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因为电感的 VCR 为:
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以上两式中消去电感电压得以电流为变量的电路方程:
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若以电感电压为变量,则有:
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对以上方程求导得:
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![]() | 对图6 所示的 RLC 电路,依据 KVL 和电容、电感的 VCR 可得方程为:![]() ![]() ![]() |
图6 |
![](http://www.591dg.com/uploads/allimg/blog/lz5ljrsk5n0.gif)
查询上述方程可得以下定论:
(1)描写动态电路的电路方程为微分方程;
(2)动态电路方程的阶数等于电路中动态元件的个数,通常来说,若电路中富含 n 个独立的动态元件,那么描写该电路的微分方程是 n 阶的,称为 n 阶电路;
(3)描写动态电路的微分方程的通常办法为:
描写一阶电路的方程是一阶线性微分方程
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描写二阶电路的方程是二阶线性微分方程
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高阶电路的方程是高阶微分方程:
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方程中的系数与动态电路的构造和元件参数有关。
3. 电路初始条件的断定
求解微分方程时,答复中的常数需求依据初始条件来断定。因为电路中常以电容电压或电感电流作为变量,因而,相应的微分方程的初始条件为电容电压或电感电流的初始值。
若把电路发作换路的时间记为 t =0 时间,换路前一刹那间记为0-,换路后一刹那间记为0+,则初始条件为t=0+时u ,i 及其各阶导数的值。
(1)电容电压和电感电流的初始条件
因为电容电压和电感电流是时间的接连函数(拜见榜首章),所以上两式中的积分项为零,然后有:
对应于
以上式子称为换路规矩,它标明:
1) 换路刹那间,若电容电流坚持为有限值,则电容电压(电荷)在换路前后坚持不变,这是电荷守恒规矩的表现。
2)换路刹那间,若电感电压坚持为有限值,则电感电流(磁链)在换路前后坚持不变。这是磁链守恒的表现。
需求明晰的是:
1)电容电流和电感电压为有限值是换路规矩树立的条件。
2)换路规矩反映了能量不能跃变的实习。
(2)电路初始值的断定
依据换路规矩可以由电路的uC(0-) 和iL(0-) 断定uC(0+)和iL(0+) 时间的值 , 电路中别的电流和电压在 t=0+ 时间的值可以通过 0+ 等效电路求得。求初始值的具体进程是:
1)由换路前 t=0-时间的电路(通常为安稳状况)求uC (0-) 或 iL (0-) ;
2)由换路规矩得uC (0+) 和iL (0+) ;
3)画 t=0+ 时间的等效电路: 电容用电压源代替,电感用电流源代替(取 0+ 时间值,方向与原假定的电容电压、电感电流方向一样);
4)由 0+ 电路求所需各变量的 0+ 值。
下一篇:电路叠加定理和齐次定理
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