资源简介

章节课题 8-3 RC 、RL 串联电路的过渡过程 课时 2节
教 学 目 的 1. 熟练掌握：RC 、RL 串联电路的过渡过程包括充电和放电过程。 2. 正确理解：RC 、RL 串联电路的不同。 3. 一般了解：过渡过程的工程应用。
重点难点 重点：RC 、RL 串联电路包括充电和放电过程的分析 难点：RC 、RL 串联电路包括充电和放电过程的分析
教学方法 课堂讲授与练习相结合，综合学生实际，适当处理教材，因材施教，讲解问题时力求清晰明了，注意引导学生对本课程的兴趣和调动学生的学习积极性，并通过练习加深对所学知识的理解与掌握，尽可能达到好的教学效果，以提高学生的理论水平。
教具及参考书 1.《电工基础》 李梅主编 机械工业出版社 2.《电工电子技术基础》 王兆义主编 高等教育出版社 3.《电工基础》 谭恩鼎主编 高等教育出版社 4.《电工基础》 薛涛主编 高等教育出版社
作业 P223 6 7
课 后 小 结 1.RC电路在充电的初始阶段，电压和电流上升（下降）较快，以后越来越慢，直到充电结束。放电过程中，随着放电时间的延续，电容两端的电压也随之下降，放电速度逐渐减慢。 3.RL电路在充电刚开始时电流的上升速度最快。随着充电电流的逐渐增加，电阻两端的电压逐渐增加，电感两端的电压逐渐下降，电流的上升速度逐渐减慢。
教学内容 8-3 RC 、RL 串联电路的过渡过程 教学目的 掌握：RC 、RL 串联电路的过渡过程包括充电和放电过程。 理解：RC 、RL 串联电路的不同。 了解：过渡过程的工程应用。 技能要求 掌握：RC 、RL 串联电路的过渡过程的分析。 了解：过渡过程的工程应用。 教学内容 8-3 RC 、RL 串联电路的过渡过程 8.3.1 RC串联电路的过渡过程 RC串联电路的过渡过程分为充电过程和放电过程。 1．RC串联电路的充电过程 RC充电电路如图8-8所示。 图8-8 RC串联充电电路 在S开关与电源接通之前，先将S置于1端，使电路的初始状态为uc＝0。当S开关与2端闭合，由换路定律得uc(0+)=uc(0-)=0 电路的初始充电电流为 ic(0+)= 7.2.2 三相对称负载的三角形（D）连接 如图7-17a所示，将负载连接成一个闭合的三角形，每相负载上所加的电压均为电源的线电压UL 。三角形连接多为对称负载，以下讨论只限于对称负载的情况。 a) 三角形连接图 b) 电路图 图7-17 三相负载的三角形连接电路图
教学内容 电阻上的初始电压为 uR(0+)=R i(0-)=US经过一定的充电时间，电容充满电荷，电路进入一个新的稳定状态，这时：uC=US iC =0 , uR =0 研究电容的充电过程，就是研究电路中电压和电流由初始状态变化到新的稳定状态的变化规律。当电源接通的瞬间uc＝0，US全都加在电阻上，充电电流最大。随着电容的充电，两端电压逐渐上升，充电电流逐渐下降。直到uC=US，iC =0 充电结束。充电电压和电流的变化曲线如图8-9所示，由图中可见，在充电的初始阶段，电压和电流上升（下降）较快，以后越来越慢，直到充电结束。充电曲线是按指数规律变化的，指数规律是开始时变化率很大，随着时间的推移其变化率越来越小。 图8-9充电电压和电流的变化曲线 在充电过程中，电阻和电容的值越大，充电越慢；电阻和电容的值越小，充电越快。即电阻和电容的值之积“RC”决定了充电的快慢。RC乘积称为充电电路的时间常数，用τ表示，τ= RC，单位为秒。当R 为1Ω，C 为1F ，τ为1S。 τ值是决定充电时间长短的重要参数。理论分析可知，充电时间t为无限长时，才会使uC=US、 iC =0 , 充电才结束。但在工程中，充电时间t为3～5τ时，就认为充电已经结束了。表8-2给出了充电电压与充电时间的关系,当充电时间为3τ时，电容上电压上升到总电压的95﹪，当充电时间为5τ时，电容上电压上升到总电压的99﹪，即已经和总电压非常接近了。 由图7- 17可见，由于负载对称，各相阻抗相等、性质相同，因此各相负载电流也是对称的，即 I UV = I V W = I WU φU = φV = φW 按图7- 17中给出的电流参考方向，根据基尔霍夫电流定律可写出线电流和相电流瞬时值关系式为 iU = iUV－iWU iV = iVW－iUV iW = iWU－iVW 根据瞬时值关系式可写出矢量表达式为 以线电压为参考矢量，假设负载对称并为感性，作电流矢量图。因为负载上的相电压就是电源的线电压，又已知负载为感性，即各相电流落后相电压（即电源线电压）相位φ。又根据线电流的矢量表达式： ， ， 作出矢量图如图7-18所示。从图中可见，由于3个相电流分别落后相电压相位φ，因此3个相电流也是互差120o的对称矢量。而3个线电流分别落后3个相电流相位30o，在数值上线电流是相电流的 倍，即IL IP 教学目的 掌握：二极管的基本特性；二极管和三极管器件的外形和电路符号；三极管的电流分配关系。 理解：二极管的伏安特性曲线和主要参数；三极管的放大作用和主要参数。 了解： 三极管场效应管的结构，场效应管的分类。 技能要求 掌握： 万用表判别二极管和三极管的质量和电极的方法。 了解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。 教学内容 1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1. 什么是半导体 半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。 2. 半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。
教学内容 2．RC串联电路的放电过程 放电电路仍如图8-8所示。电容放电是电容能量的释放过程。设电容两端的电压为电源电压US ,当开关S与1端闭合，电容通过电阻放电，此时放电电流的方向与充电电流的方向相反。根据换路定律，可确定放电电路的初始状态为 uC(0+)=uC(0-)=US uR(0+)=uC(0-)=US iC(0+)= 当经过一定的放电时间，电容储存的电能被电阻所消耗，电路放电结束，进入另一种稳定状态，各电流电压值为 uC=0 uR=0 iC=0 图8-9 放电曲线 电容在放电过程中，其电流和电压按怎样的规律变化呢？图8-10是电流和电压的放电曲线，由图中可见，在放电开使时，电容两端电压最高，放电速度最快，随着放电时间的延续，电容两端的电压也随之下降，放电速度逐渐减慢。放电曲线亦按着指数规律变化。由理论分析可知，当时间t为无限大时，放电才结束。在工程 中，同样认为t＝3～5τ时，放电即已结束。表8-3是放电时间和放电电压的对比， 当τ＝3时，电容电压剩下5﹪，当τ＝5时，电容电压剩下0.7﹪，已经能满足工程需要了。 图7-18 对称负载三角形连接时的矢量图 通过以上分析，得出如下结论： 1）各相负载所加电压为电源的线电压。 2）当负载对称时，线电流等于负载相电流的 倍 如果负载对称，同星形连接的情况一样，电路取用的总功率为 P=3PP=3UPIPcosφP=3UL cosφP 即 UL IL cosφP （7-10） 因此，三相对称负载不论作星形连接还是三角形连接，均可用公式（7-10）来计算电路的总功率。 综上所述，三相负载可以连接成星形或三角形，采用哪种接法，应根据负载的额定电压和电源的线电压而定。如果负载的额定电压等于电源的线电压，应接成三角形；如果负载的额定电压等于电源的相电压，应接成星形 例如，我国低压供电制式为线电压380 V，相电压220V。若三相电动机的每相绕组额定电压为380 V，则3个绕组应按三角形连接；如果电动机的每相绕组额定电压为220 V，则3相绕组应按星形连接。当正常运行时应采用三角形连接的三相负载，如果错接成星形 连接，则负载因为输入功率不足而不能正常工作；如果负载运行时应采用星形连接而错接成三角形连接，则负载因为输入过功率而烧毁。这是在电动机连接时要非常注意的问题。 教学目的 掌握：二极管的基本特性；二极管和三极管器件的外形和电路符号；三极管的电流分配关系。 理解：二极管的伏安特性曲线和主要参数；三极管的放大作用和主要参数。 了解： 三极管场效应管的结构，场效应管的分类。 技能要求 掌握： 万用表判别二极管和三极管的质量和电极的方法。 了解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。 教学内容 1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1. 什么是半导体 半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。 2. 半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。
教学内容 8.3.2 RL串联电路的充放电 1．RL串联电路充电 RL串联充电电路如图8-14所示。 图8-14 RL串联充电电路 将开关S与2端接通，电路开始充电。根据换路定律，在开关切换的瞬间，有 iL(0+)=iL(0-)=0 由于电感中的初始电流为0，则电阻两端的初始电压亦为0即 uR(0+)= R iL(0+)=0 此时电源电压全部加在电感两端，即 uL(0+)=US-uR(0+)=US 当电路充电结束，进入稳定工作状态，各电量为 uL=0 uR=US iL= 电路在充电过程中，电压和电流按着怎样的规律变化呢 当充电刚开始，电源电压全部加在电感两端，根据电感电路的电流电压关系 uL=L 可知，uL最大，电流的变化律就最大，因此，充电刚开始时电流的上升速度最快。随着充电电流的逐渐增加，电阻两端的电压逐渐增加，电感两端的电压逐渐下降，电流的上升速度逐渐减慢，其充电曲线如图8-15所示。 2．RC串联电路的放电过程 放电电路仍如图8-8所示。电容放电是电容能量的释放过程。设电容两端的电压为电源电压US ,当开关S与1端闭合，电容通过电阻放电，此时放电电流的方向与充电电流的方向相反。根据换路定律，可确定放电电路的初始状态为 uC(0+)=uC(0-)=US uR(0+)=uC(0-)=US iC(0+)= 当经过一定的放电时间，电容储存的电能被电阻所消耗，电路放电结束，进入另一种稳定状态，各电流电压值为 uC=0 uR=0 iC=0 图8-9 放电曲线 电容在放电过程中，其电流和电压按怎样的规律变化呢？图8-10是电流和电压的放电曲线，由图中可见，在放电开使时，电容两端电压最高，放电速度最快，随着放电时间的延续，电容两端的电压也随之下降，放电速度逐渐减慢。放电曲线亦按着指数规律变化。由理论分析可知，当时间t为无限大时，放电才结束。在工程 中，同样认为t＝3～5τ时，放电即已结束。表8-3是放电时间和放电电压的对比， 当τ＝3时，电容电压剩下5﹪，当τ＝5时，电容电压剩下0.7﹪，已经能满足工程需要了。 图7-18 对称负载三角形连接时的矢量图 通过以上分析，得出如下结论： 1）各相负载所加电压为电源的线电压。 2）当负载对称时，线电流等于负载相电流的 倍 如果负载对称，同星形连接的情况一样，电路取用的总功率为 P=3PP=3UPIPcosφP=3UL cosφP 即 UL IL cosφP （7-10） 因此，三相对称负载不论作星形连接还是三角形连接，均可用公式（7-10）来计算电路的总功率。 综上所述，三相负载可以连接成星形或三角形，采用哪种接法，应根据负载的额定电压和电源的线电压而定。如果负载的额定电压等于电源的线电压，应接成三角形；如果负载的额定电压等于电源的相电压，应接成星形 例如，我国低压供电制式为线电压380 V，相电压220V。若三相电动机的每相绕组额定电压为380 V，则3个绕组应按三角形连接；如果电动机的每相绕组额定电压为220 V，则3相绕组应按星形连接。当正常运行时应采用三角形连接的三相负载，如果错接成星形 连接，则负载因为输入功率不足而不能正常工作；如果负载运行时应采用星形连接而错接成三角形连接，则负载因为输入过功率而烧毁。这是在电动机连接时要非常注意的问题。 教学目的 掌握：二极管的基本特性；二极管和三极管器件的外形和电路符号；三极管的电流分配关系。 理解：二极管的伏安特性曲线和主要参数；三极管的放大作用和主要参数。 了解： 三极管场效应管的结构，场效应管的分类。 技能要求 掌握： 万用表判别二极管和三极管的质量和电极的方法。 了解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。 教学内容 1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1. 什么是半导体 半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。 2. 半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。
教学内容 图8-15 RL串联充电曲线 此充电曲线也是按着指数规律变化的，其充电的快慢与电感和电阻的比值“L/R”成正比，L/R 称为R L 串联电路的时间常数，亦用τ表示，即τ= L/R ，τ的单位为秒。当R=1Ω，L=1 H，则τ=1S。 由理论分析可知，当充电时间t为无限大时，才会uR=US、uL=0、iL= ，充电才结束。但在工程中，同样认为t=3～5τ时，充电即以结束。表8-4给出了充电电流和充电时间的关系，由表中可见，当t=3τ时，充电电流达到了95﹪；当t=5τ时，充电电流达到了99.3﹪，已经非常接近 终了值了。 2．RL串联电路放电 放电电路如图8-16所示。 图8-16 RL串联放电电路 设放电前电路中的电流为IS ，当将开关S接通，根据换路定律，其各放电电量的初始值为 iL(0+)= iL(0-)=IS 电阻两端的电压为 uR（0+）=R iL（0+）=RIS 电感两端的电压为 uL（0+）=－uR（0+）=－R IS 当经过一定的放电时间，电路放电结束，电感中储存的电能被电阻所消耗，其各电量为 uR=0 uL=0 放电电流亦是按着指数规律下降，如图8-17所示。 由放电理论 分析，当放电时间t为无限长时，其各电量才为0，放电才结 束。在工程中同样认为t=3～5τ时，放电就结束了。表8-5是 放电时间和放电电流之间的关系。 8.3.2 RL串联电路的充放电 1．RL串联电路充电 RL串联充电电路如图8-14所示。 图8-14 RL串联充电电路 将开关S与2端接通，电路开始充电。根据换路定律，在开关切换的瞬间，有 iL(0+)=iL(0-)=0 由于电感中的初始电流为0，则电阻两端的初始电压亦为0即 uR(0+)= R iL(0+)=0 此时电源电压全部加在电感两端，即 uL(0+)=US-uR(0+)=US 当电路充电结束，进入稳定工作状态，各电量为 uL=0 uR=US iL= 电路在充电过程中，电压和电流按着怎样的规律变化呢 当充电刚开始，电源电压全部加在电感两端，根据电感电路的电流电压关系 uL=L 可知，uL最大，电流的变化律就最大，因此，充电刚开始时电流的上升速度最快。随着充电电流的逐渐增加，电阻两端的电压逐渐增加，电感两端的电压逐渐下降，电流的上升速度逐渐减慢，其充电曲线如图8-15所示。 2．RC串联电路的放电过程 放电电路仍如图8-8所示。电容放电是电容能量的释放过程。设电容两端的电压为电源电压US ,当开关S与1端闭合，电容通过电阻放电，此时放电电流的方向与充电电流的方向相反。根据换路定律，可确定放电电路的初始状态为 uC(0+)=uC(0-)=US uR(0+)=uC(0-)=US iC(0+)= 当经过一定的放电时间，电容储存的电能被电阻所消耗，电路放电结束，进入另一种稳定状态，各电流电压值为 uC=0 uR=0 iC=0 图8-9 放电曲线 电容在放电过程中，其电流和电压按怎样的规律变化呢？图8-10是电流和电压的放电曲线，由图中可见，在放电开使时，电容两端电压最高，放电速度最快，随着放电时间的延续，电容两端的电压也随之下降，放电速度逐渐减慢。放电曲线亦按着指数规律变化。由理论分析可知，当时间t为无限大时，放电才结束。在工程 中，同样认为t＝3～5τ时，放电即已结束。表8-3是放电时间和放电电压的对比， 当τ＝3时，电容电压剩下5﹪，当τ＝5时，电容电压剩下0.7﹪，已经能满足工程需要了。 图7-18 对称负载三角形连接时的矢量图 通过以上分析，得出如下结论： 1）各相负载所加电压为电源的线电压。 2）当负载对称时，线电流等于负载相电流的 倍 如果负载对称，同星形连接的情况一样，电路取用的总功率为 P=3PP=3UPIPcosφP=3UL cosφP 即 UL IL cosφP （7-10） 因此，三相对称负载不论作星形连接还是三角形连接，均可用公式（7-10）来计算电路的总功率。 综上所述，三相负载可以连接成星形或三角形，采用哪种接法，应根据负载的额定电压和电源的线电压而定。如果负载的额定电压等于电源的线电压，应接成三角形；如果负载的额定电压等于电源的相电压，应接成星形 例如，我国低压供电制式为线电压380 V，相电压220V。若三相电动机的每相绕组额定电压为380 V，则3个绕组应按三角形连接；如果电动机的每相绕组额定电压为220 V，则3相绕组应按星形连接。当正常运行时应采用三角形连接的三相负载，如果错接成星形 连接，则负载因为输入功率不足而不能正常工作；如果负载运行时应采用星形连接而错接成三角形连接，则负载因为输入过功率而烧毁。这是在电动机连接时要非常注意的问题。 教学目的 掌握：二极管的基本特性；二极管和三极管器件的外形和电路符号；三极管的电流分配关系。 理解：二极管的伏安特性曲线和主要参数；三极管的放大作用和主要参数。 了解： 三极管场效应管的结构，场效应管的分类。 技能要求 掌握： 万用表判别二极管和三极管的质量和电极的方法。 了解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。 教学内容 1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1. 什么是半导体 半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。 2. 半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。
教学内容 iL=0 uR=0 uL=0 放电电流亦是按着指数规律下降，如图8-17所示。 由放电理论分析，当放电时间t为无限长时，其各电量才为0，放电才结束。在工程中同样认为t=3～5τ时，放电就结束了。电流和充电时间的关系，由表中可见，当t=3τ时，充电电流达到了95﹪；当t=5τ时，充电电流达到了99.3﹪，已经非常接近终了值了。 2．RL串联电路放电 放电电路如图8-16所示。 图8-16 RL串联放电电路 设放电前电路中的电流为IS ，当将开关S接通，根据换路定律，其各放电电量的初始值为 iL(0+)= iL(0-)=IS 电阻两端的电压为uR（0+）=R iL（0+）=RIS 电感两端的电压为uL（0+）=－uR（0+）=－R IS 当经过一定的放电时间，电路放电结束，电感中储存的电能被电阻所消耗，其各电量为 iL=0 uR=0 uL=0放电电流亦是按着指数规律下降，如图8-17所示。 由放电理论分析，当放电时间t为无限长时，其各电量才为0，放电才结束。在工程中同样认为t=3～5τ时，放电就结束了。表8-5是放电时间和放电电流之间的关系。 2．RC串联电路的放电过程 放电电路仍如图8-8所示。电容放电是电容能量的释放过程。设电容两端的电压为电源电压US ,当开关S与1端闭合，电容通过电阻放电，此时放电电流的方向与充电电流的方向相反。根据换路定律，可确定放电电路的初始状态为 uC(0+)=uC(0-)=US uR(0+)=uC(0-)=US iC(0+)= 当经过一定的放电时间，电容储存的电能被电阻所消耗，电路放电结束，进入另一种稳定状态，各电流电压值为 uC=0 uR=0 iC=0 图8-9 放电曲线 电容在放电过程中，其电流和电压按怎样的规律变化呢？图8-10是电流和电压的放电曲线，由图中可见，在放电开使时，电容两端电压最高，放电速度最快，随着放电时间的延续，电容两端的电压也随之下降，放电速度逐渐减慢。放电曲线亦按着指数规律变化。由理论分析可知，当时间t为无限大时，放电才结束。在工程 中，同样认为t＝3～5τ时，放电即已结束。表8-3是放电时间和放电电压的对比， 当τ＝3时，电容电压剩下5﹪，当τ＝5时，电容电压剩下0.7﹪，已经能满足工程需要了。 图7-18 对称负载三角形连接时的矢量图 通过以上分析，得出如下结论： 1）各相负载所加电压为电源的线电压。 2）当负载对称时，线电流等于负载相电流的 倍 如果负载对称，同星形连接的情况一样，电路取用的总功率为 P=3PP=3UPIPcosφP=3UL cosφP 即 UL IL cosφP （7-10） 因此，三相对称负载不论作星形连接还是三角形连接，均可用公式（7-10）来计算电路的总功率。 综上所述，三相负载可以连接成星形或三角形，采用哪种接法，应根据负载的额定电压和电源的线电压而定。如果负载的额定电压等于电源的线电压，应接成三角形；如果负载的额定电压等于电源的相电压，应接成星形 例如，我国低压供电制式为线电压380 V，相电压220V。若三相电动机的每相绕组额定电压为380 V，则3个绕组应按三角形连接；如果电动机的每相绕组额定电压为220 V，则3相绕组应按星形连接。当正常运行时应采用三角形连接的三相负载，如果错接成星形 连接，则负载因为输入功率不足而不能正常工作；如果负载运行时应采用星形连接而错接成三角形连接，则负载因为输入过功率而烧毁。这是在电动机连接时要非常注意的问题。 教学目的 掌握：二极管的基本特性；二极管和三极管器件的外形和电路符号；三极管的电流分配关系。 理解：二极管的伏安特性曲线和主要参数；三极管的放大作用和主要参数。 了解： 三极管场效应管的结构，场效应管的分类。 技能要求 掌握： 万用表判别二极管和三极管的质量和电极的方法。 了解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。 教学内容 1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1. 什么是半导体 半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。 2. 半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。

展开更多......

收起↑