题目5-24的第一问和题目5-27求解答

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远上寒山有人家
2021-06-09 · 知道合伙人教育行家
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中南工业大学电气自动化专业,工程硕士,从事电力运行工作近30年

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5-24、解:(1)根据换路定理:uc(0+)=uc(0-)=-6V。

t=∞时,电容相当于开路,所以电容电压等于3Ω电阻电压:uc(∞)=Us×3/(6+3)=18×3/9=6(V)。

电压源短路,从电容两端看进去的等效电阻:R=3∥6=2(Ω),电路时间常数为:τ=RC=2×1/4=0.5(s)。

三要素法:uc(t)=uc(∞)+[uc(0+)-uc(∞)]e^(-t/τ)=6+(-6-6)e^(-t/0.5)=6-12e^(-2t) (V)=全响应。

上述响应就是电容电压的全响应。

又:uc(t)=6-12e^(-2t)=-6e^(-2t)+6×[1-e^(-2t)]=零输入响应+零状态响应。

所以:零输入响应=-6e^(-2t);

零状态响应=6×[1-e^(-2t)]。

5-27、解:t=0-时,电感相当于短路、电容相当于开路,等效电路如下:

iL(0-)=25/(5+10+10)=1(A)。

uc(0-)+40=iL(0-)×10,uc(0-)=-30(V)。

换路定理:uc(0+)=uc(0-)=-30V,相当于一个-30V电压源;iL(0+)=iL(0-)=1A,相当于一个1A的电流源。

所以:i1(0+)=[(uc+40)-10]/10=(-30+40-10)/10=0(A)。

t=∞时,电感相当于短路、电容相当于开路:

iL(∞)=(25-10)/5=3(A)。

10×i1(∞)+10×i1(∞)+10=0,i1(∞)=-0.5(A)。

电压源全部短路,分别从电感、电容两端看进去,等效电阻的计算是相互独立的:

R1=10∥10=5(Ω),电容电压、i1变化的时间常数为:τ1=R1C=5×0.2=1(s)。

R2=5Ω,电感电流变化的时间常数为:τ2=L/R2=0.5/5=0.1(s)。

所以:iL(t)=3+(1-3)e^(-t/0.1)=3-2e^(-10t)  (A)。

i1(t)=-0.5+(0+0.5)e^(-t/1)=-0.5+0.5e^(-t)   (A)。

根据KCL:i(t)=iL(t)+i1(t)=3-2e^(-10t)-0.5+0.5e^(-t)=2.5-2e^(-10t)+0.5e^(-t)  (A)。

从电路来看,包含了L和C两个动态元件,应该是二阶电路。但是实质上iL(t)的变化,和uc(t)的变化,由于中间只是一个10V电压源作为联系,二者的变化规律相互不受影响,可分解为两个独立的一阶电路来求解,最后采用KCL,得到i(t)。

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