電工技術基礎項目教程 課件 項目3一階動態(tài)電路的測試分析任務2

汽車電子點火電路分析電工技術基礎項目3任務2任務導入學習目標知識鏈接練習思考工作任務一階動態(tài)電路的測試分析3任務導入近幾年來，為了減少環(huán)境污染，提高點火質量，產(chǎn)出了多種新型的電子點火電路。一般情況下，點火線圈為一個電感元件，火花塞是一對間隔一定的空氣隙電極，當開關閉合時，瞬變電流在點火線圈上產(chǎn)生高壓（一般為20~40kV），這一高壓在火花塞處產(chǎn)生火花而點燃氣缸中的汽油混合物，從而發(fā)動汽車。為了成功完成點火，點火線圈和火花塞的選取也是工作的一部分。電路中涉及到的電壓值（電流值）要在正常范圍之內(nèi)，超出正常值表明元件出現(xiàn)異常需要給以重點關注。這些電壓值（電流值）如何測量及它們之間有怎樣的聯(lián)系？電感元件是如何起到點火效果的？任務2

汽車電子點火電路分析返回學習目標1掌握一階RL電路的零輸入響應。2345掌握一階RL電路的零狀態(tài)響應。掌握一階RL電路的全響應。理解一階電路的三要素法。了解和掌握示波器的測量方法。任務2汽車電子點火電路分析返回工作任務電路圖任務2汽車電子點火電路分析返回如圖所示，點火電源電壓為，點火線圈

，其內(nèi)阻

，火花塞相當于一個電阻。當開關S在閉合時，通過示波器觀察流過電路中點火線圈的電流變化；經(jīng)過1ms后又斷開，觀察流過點火線圈的電流會發(fā)生怎樣的變化并分析原因；同時，分析火花塞兩端電壓的變化規(guī)律，觀察瞬間產(chǎn)生的高壓是否超出正常電壓范圍？知識鏈接---3.2.1一階RL電路的分析任務2汽車電子點火電路分析返回1．零輸入響應一階零輸入RL電路分析：如圖(a)所示電路，換路前電感中通有電流，其中電流的初始值為，在時，將開關S從位置1瞬間換接到位置2，電壓源被斷開，從而使電路進入電感L對電阻R放電的暫態(tài)過程。任務2汽車電子點火電路分析返回換路后的電路如圖(b)所示，根據(jù)換路定則有：根據(jù)KVL有：將代入上式得：它的解為：其中：電感電壓和電阻電壓為：任務2汽車電子點火電路分析返回電感電流與電容電壓的衰減規(guī)律是一樣的，都是按指數(shù)規(guī)律由初始值逐漸衰減而趨于零。而電感電壓在換路瞬間會發(fā)生突變，由零突變到，然后再按指數(shù)規(guī)律逐漸衰減到零。衰減的快慢是可以用時間常數(shù)值的大小來衡量，值越大，電壓和電流衰減得越慢，暫態(tài)過程越長；反之，值越小，電壓和電流衰減得越快，暫態(tài)過程越短。因此，時間常數(shù)是表示暫態(tài)過程中電壓和電流變化快慢的一個物理量。例題3-2-1任務2汽車電子點火電路分析返回如圖(a)所示電路，繼電器線圈的電阻，吸合時其電感值。已知，。若繼電器的釋放電流為4mA，求開關S閉合后多長時間繼電器能夠釋放？任務2汽車電子點火電路分析返回解：換路前繼電器的電流為：根據(jù)換路定則，電感電流的初始值為：電路的時間常數(shù)為：換路后的表達式為：當繼電器的釋放電流為4mA時，即任務2汽車電子點火電路分析返回一階零狀態(tài)RL電路分析：2．零狀態(tài)響應如圖所示電路，在換路前電感未儲能，即，在時，將開關S閉合，電壓源被接通，使電路進入通過電阻R向電感L充電的暫態(tài)過程。任務2汽車電子點火電路分析返回換路后，根據(jù)換路定則有：根據(jù)KVL有：將代入上式得：它的解為：其中：電感電壓和電阻電壓為：即即例題3-2-2任務2汽車電子點火電路分析返回如圖所示電路，已知，，，試求開關S閉合后：

1)穩(wěn)態(tài)電流及、的變化規(guī)律；2)電流增至的63.2%所需的時間。任務2汽車電子點火電路分析返回解：1)根據(jù)換路定則，電感電流的初始值為：開關S閉合后，電感相當于短路，此時電流為：電路的時間常數(shù)為：換路后和的表達式為：任務2汽車電子點火電路分析返回2)當時，則有：即開關S閉合10ms后，電流增至穩(wěn)態(tài)值的63.2%。3．全響應任務2汽車電子點火電路分析返回如圖所示，設開關S閉合前流過電感L的電流為，即。S閉合后，電路進入全響應的暫態(tài)過程。

根據(jù)前面分析RC電路的全響應，不難得出此電路中電流的一般表達式為：例題3-2-3任務2汽車電子點火電路分析返回如圖所示電路，已知，，，

?，F(xiàn)將S在時閉合，求電路中電感電流和電壓的表達式。任務2汽車電子點火電路分析返回解：S斷開前電感電流為：根據(jù)換路定則，電感電流的初始值為：開關S閉合后，R1被短路。電路的時間常數(shù)為：全響應時的電感電流的表達式為：電壓的表達式為：知識鏈接---3.2.2一階電路的三要素法任務2汽車電子點火電路分析返回由前面的分析可知，在分析一階電路的暫態(tài)過程中，任何電壓和電流隨時間的變化規(guī)律，均可以用下面的公式表示：：是暫態(tài)過程中電路變量的初始值：是暫態(tài)過程中電路變量的穩(wěn)態(tài)值：是暫態(tài)過程的時間常數(shù)任務2汽車電子點火電路分析返回三要素法的一般步驟如下：1)畫出換路前()的等效電路，求出電容電壓或電感電流;

2)初始值。根據(jù)換路定則，，畫出換路瞬間()時的等效電路（換路瞬間電容相當于理想電壓源，電感相當于理想電流源），求出響應電壓或電流的初始值或，即。任務2汽車電子點火電路分析返回3)穩(wěn)態(tài)值。畫出時的新穩(wěn)態(tài)等效電路（穩(wěn)態(tài)時電容相當于斷路，電感相當于短路），求出響應電壓或電流的穩(wěn)態(tài)值或，即。4)時間常數(shù)。或，其中R是換路后斷開動態(tài)元件C或L，從動態(tài)元件兩端看進去，用戴維南定理或諾頓定理等效電路求得的等效電阻。5)根據(jù)三要素法公式即可得到電壓或電流的暫態(tài)過程表達式。例題3-2-4任務2汽車電子點火電路分析返回如圖所示電路，已知，，，

，電容電壓為?，F(xiàn)將S在時閉合，求電路中電容電壓和電流。開關S閉合瞬間，電容相當于一個60V的電壓源，此時的等效電路如右圖所示。根據(jù)基爾霍夫電壓定律可求得電流的初始值為：任務2汽車電子點火電路分析返回解：

1)初始值根據(jù)換路定則，電容電壓的初始值為：根據(jù)已知條件可知，有任務2汽車電子點火電路分析返回2)穩(wěn)態(tài)值

時，電容相當于斷路，電路的等效電路如圖所示。求得的響應電壓和電流為：任務2汽車電子點火電路分析返回3)時間常數(shù)

R是換路后的電路中從電容兩端看進去的等效電阻，其中電壓源作短路處理，如圖所示。由三要素法公式得電容電壓和電流的表達式分別為：//