一阶RL电路的暂态过程
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一阶RL电路也是以种常用的电路,一阶RL电路暂态过程的分析方法和一阶RC电路一样可用经典法和三要素法。 1、经典法 图3-16所示电路,t=0时开关S闭合,产生过渡过程。根据KVL,得回路电压方程为
而: 从而得微分方程:
此微分方程的通解为两个部分:一个是特解
特解可以是满足方程式的任何一个解,取t= 微分方程的齐次方程式为: 令其通解为
所以,特征方程式的根为: 式中 因此微分方程的通解
积分常数A需用初始条件来确定。在t=0时
由此可得:A=
上述利用微分方程进行求解分析一阶RL电路的暂态过程的方法称为经典法,经典法的分析步骤为: (1)用基尔霍夫定律列出换路后电路的微分方程式。 (2) 解微分方程。 2、三要素法 通过经典分析法我们得到图3-16所示电路,暂态过程中电感电流为:
上述结果可归纳为 “三要素法”,式中只要知道稳态值 要注意一阶RL电路时间常数 RL电路的零状态响应 当动态电路的初始储能为零(即初始状态为零)时,仅由外加激励产生的响应称作零状态响应。图3-17的一阶RL电路,设在开关S闭合前(t<0),电感L无初始储能,当t=0时,开关S闭合。下面用“三要素法”分析电路的响应。 电感L无初始储能,即电感的初始电流 t=
时间常数
=
例3-8 电路如图3-19所示, 已处于稳态, 解: 即电感的初始电流为换路前电感电流
t→
时间常数
=15(1- RL电路的零输入响应 一阶RL电路中,如果在换路的瞬间电感元件已储存有能量,那么即使电路中无外加激励电源,换路后,电路中的电感元件将通过电路释放储能,在电路中产生响应,即零输入响应。
电路如图3-20所示,开关S原来断开,电路已经稳定。t=0开关S闭合,使电路产生过渡过程。此时,电感的初始电流为换路前电感的短路电流
根据换路定律,电感电流的初始值
t→ 根据三要素法,得换路后电感的电流为: 时间常数
=
例3-9
电路如图3-22所示,换路前已处于稳态, 解: 即电感的初始电流为换路前电感的短路电流
根据换路定律,电感电流的初始值 t→
时间常数
RL电路的全响应 电路如图3-23所示,在换路前电路为稳定状态,t=0时闭合开关S。
根据换路定律,电感电流的初始值
t→
时间常数
例3-10
换路前已处于稳态,
解:开关S闭合前电感L中的电流
开关S闭合后各电流初始值
开关S闭合后电感电流的稳态值
求电路时间常数
于是
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或
,一个是齐次方程式的解
,即
时电路的稳定分量,即
。
,代入齐次微分方程式可得特征方程式是:

,其量纲为
(秒),称为电路暂态过程的时间常数。
=
=
因此



,这“三要素”,则
便被唯一确定。它适合于任何含一个一阶RL电路在阶跃(或直流)信号激励下的过程分析。
=0。根据换路定律,电容电压的初始值


=
的变化曲线如图3-18(b)所示。图中电感电压是正值,这是电流上升产生的反电势。
换路前
时开关闭合,试求换路后(
)的
。
时已处于稳态,


)mA
=



。

A
-
时已处于稳态,即电感的初始电流为换路前电感的短路电流



-

电路如图3-24所示,

及
。


V









