2012年考研专业课复习指导之北交大电气工程预测
一、 一阶电路
动态电路的分析:
①分析内容:研究过渡过程中,电路的电压、电流随时间变化的规律和影响过渡过程快慢的电路参数。
②分析方法:因研究的是动态元件,所以采用列写和求解微分方程的方法,又称经典法。含有一个独立动态元件的电路称一阶电路。含有两个或两个以上的为二阶或高阶电路。又因研究的主要是电压、电流随时间变化的规律,也称时域分析法。
电路中初始条件的确定:
为求解动态电路的微分方程,需知道变量的初始值,即待求电压、电流在换路后瞬间电路中的值。
1、换路
概念:将电路条件的变化称为换路。它包括由于开关动作而引起电路导通或是关断,或是电路结构和参数的突然改变等。
② 表示方法:设t=0为换路瞬间,其中t=0–表示换路前瞬间;t=0+表示换路后瞬间,换路经历的时间为0–到0+,若电路中有第二次换路,一般记t=t0为换路瞬间,换路前瞬间为t=t0-,换路后瞬间记为t=t0+
③ 换路定则
若在换路瞬间:电容电流 iC(0)为有限值:;
2、电压和电流初始值的确定
初始值:电路中u、i 在 t = 0+时的大小。可分两类:
电容电压和电感电流的初始值(独立初始条件),即 uC(0+) 和 iL(0+)。据换路定则,通过换路前瞬间的uC(0–) 和 iL(0–)求出。
电路中其它的电压、电流的初始值(非独立初始条件)如:电容电流、电感电压、电阻电压和电流。可画出动态电路在t= 0+时的等效电路,由此求出各元件上的电压、电流初始值。
一阶电路的零输入响应:
动态电路中,激励除独立源外,还可以是动态元件上的初始储能,即uC(0+)或iL(0+)所决定 。对线性动态电路而言,其响应为二者响应之叠加。
RC 串联电路
已知:开关K在t =0时动作,之前电路处于稳态。求: t≥0时,uC和 i 的变化规律。
其通解为:
解出特征根为: p = -R/L 则电流: iL=Ae-Rt/L 令t =L/R,则: iL=Ae-t/t
一阶电路的零状态响应
零状态响应是指电路中的储能元件处于零初始状态,仅由外加激励所引起的响应。只讨论激励为直流电源的情况。
一、RC串联电路
uC(t) = uCh(t) + uCp(t)= Ae-t/RC + B
1、确定特解 ,将Ucp=B 代入方程:
2、确定齐次解中的常数A
则A= -Us
所以t≥0时,电路的解为:
一阶电路的三要素法:
一阶线性电路在直流电源的激励下,其全响应的一般表达式为: f(t) =f(∞)+[ f(0+)-f(∞) ]e-t/t
其中: f(0+)-响应变量的初始值;f(∞)-响应变量的稳态值;
t-t≥0时,一阶电路的时间常数。
表明:只要求出以上三个数值,即可根据一般表达式直接写出该电路的全响应,而不必求解电路微分方程。此方法称“三要素”法。
时间常数t的计算:
t由换路后的电路结构和参数计算。同一电路中各未知量的 t 是一样的。
(1) 对任意RC串联电路,将C以外的电路视为有源二端网络,
求其等效电阻 R,t =RC
(2) 对任意RL串联电路,将L以外的电路视为有源二端网络,
求其等效电阻 R ,t = L/R
二、最大(有功)功率传输设则负载吸收的有功功率为:
若R 和X 可任意变动,其他参数不变,获得最大功率的条件:
三、对称三相电路的计算
一、Y-Y系统的分析计算
Zl为火线阻抗,ZN为中线阻抗。
用结点法求中点N与N’之间的电压。
所以 ,中线既可看成开路,又可看成短路。
由于各相电流独立,又由于三相电源、三相负载对称,所以相电流对称。因此在计算三相对称电路时,只要计算三相中的任一相,其他两相的电压、电流就可按对称性顺序写出。这也称为归结为一相的计算方法。
二、Y-△系统的分析计算
根据Y-△等效变换,化成对称的Y-Y三相电路,然后用归结为一相的计算方法。
对称三相电路(Y-Y)
1. UNN’=0,电源中点与负载中点等电位。
2.中线电流为零。
3.有无中线对电路没有影响。 没有中线(Y–Y接,三相三线制),可加中线。中线有阻抗时,视为短路。
4.对称情况下,各相电压、电流都是对称的。只要算出一相的电压、电流,则其它两相的电压、电流可按对称关系直接写出。
5.各相计算具有独立性,该相电流只取决于这一相的电压与阻抗,与其它两相无关。故可归结为一相的计算。
对称三相电路的一般计算方法
(1) 根据情况将三相电源和负载化为等值的Y连接;
(2) 连接各负载和电源中点,中线上若有阻抗则不计;
(3) 画出一相计算电路,求出一相的电压、电流;
(4) 根据D接、Y接时的线量、相量之间的关系,求出原电路的电流电压。
(5) 由对称性,得出其它两相的电压、电流。
三相电路的功率:
三相负载吸收的总平均功率P、无功功率Q分别等于各相负载吸收的平均功率、无功功率之和.
四、二端口的参数和方程
当一个电路与外部电路通过两个端口连接时称此电路为二端口网络
二端口的参数和方程
1. Y 参数和方程
(1)Y 参数
采用相量形式(正弦稳态)。将两个端口各施加一电压源,则端口电流可视为这些电压源的叠加作用产生
上述方程即为Y参数方程,其系数即为 Y 参数,写成矩阵形式为:
[Y] 称为Y 参数矩阵.
其值由内部参数及连接关系所决定。
(2)Y参数的计算和测定
2. Z 参数和方程
(1)Z 参数
由Y 参数方程
上述方程即为Z 参数方程。
其中D =Y11Y22 –Y12Y21
其矩阵形式为
称为Z 参数矩阵
Z参数方程也可以直接在端口接电流源导出
(2) Z 参数计算与测定
3. T 参数和方程
(1)T 参数
T 参数也称为传输参数
其中
上述方程称为传输参数(T 参数)方程,其矩阵形式:
(注意符号)称为T 参数矩阵
(2) T 参数的计算或测定
(3) 互易二端口
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