В предыдущих темах рассматривалась одна или несколько связанных электрических цепей, состоящих из сопротивлений, катушек (индуктивностей), конденсаторов (емкостей), сосредоточенных в одном месте. Расчет таких цепей рассмотрен в установившемся режиме, когда ток и напряжение во всех участках цепи остаются неизменными в течение сколь угодно большого промежутка времени.
Под переходным процессом следует понимать изменение одной из электрических величин (тока или напряжения) от одного установившегося состояния (режима) до другого. В электрических цепях переходный процесс возникает при включении или отключении источника питания или внезапном изменении одного из параметров цепи, например, R, L или С. Таким образом, если электрическая цепь состоит только из активного сопротивления, то при включении ее к источнику переходный процесс в ней произойдет мгновенно, т.е напряжение и ток достигают своих установившихся значений практичес-ки мгновенно. Если же цепь содержит элементы, способные накапливать электрическую или магнитную энергию, например, L или С, в таких цепях ток и напряжение не могут измениться мгновенно (скачком) до своего уста-новившегося значения, а устанавливаются в течении времени, длительность которого зависит от значений параметров цепи. На этих положениях основан первый и второй законы коммутации, которые необходимо понять и выучить формулировки.
Согласно первому закону коммутации, ток через индуктивность не мо-жет измениться скачком, т.е. значение тока в первый момент коммутации ос-тается таким, каким оно было в последний момент предшествующего уста-новившегося режима.
По второму закону коммутации напряжение на емкости не может из-
меняться скачком, т.е. значение напряжения в первый момент коммутации остается таким, каким оно было в последний момент предшествующего установившегося режима.
Изучение переходных процессов упрощается, если их рассматривать как результат наложения 2-х процессов: первого нового принужденного режима, полагая, что он наступает мгновенно после коммутации, и второго свободного, обеспечивающего переход цепи от прежнего состояния к ново-му, принужденному.
Из всего сказанного следует, что действительный ток и напряжение в цепи в течение переходного режима можно предоставить в виде суммы:
I=iпр+ iсв и u= uпр + uсв
где iпр, u пр принужденные (установившиеся) значения тока и напряжения, наступающие после окончания переходного процесса.
iсв, u свободные ток и напряжение, вызываемые коммутацией цепи с реактивным элементом, появляющиеся после коммутации и становящиеся равной нулю по окончании переходного процесса.
Во время зарядки конденсатора в его электрическом поле накапливается электрическая энергия, а при разрядке на резистор эта энергия преобразуется в тепло в резисторе и частично в соединительных проводах.
При включении и отключении R,L необходимо разобраться в законах изменения тока и ЭДС самоиндукции при включении и выключении цепи с R,L при постоянном напряжении источника питания. Согласно первому закону коммутации ток при включении такой цепи за счет противодействия ЭДС самоиндукции, направленной на встречу току, возрастает не скачкообразно, а постепенно- от 0 до принужденного (установившегося) значения i.
Переходный процесс включения катушки индуктивности на синусоидальное напряжение (как и на U) можно рассматривать как состоящее из двух накладывающихся друг на друга процессов- принужденного и свободного.
Изучите этот вопрос по учебнику [9, с.508-535].
Вопросы для самоконтроля:
• Расскажите, какие электрические цепи называют цепями с сосредоточенными параметрами?
• Объясните, что понимают под переходным процессом? Каковы причины его возникновения?
• Объясните, какой режим электрической цепи называется установившимся?
• Объясните, почему ток в катушке и напряжения на конденсаторе не могут изменяться скачком при включении каждого из них под постоянное напряжение?
• Объясните, в чем сущность первого закона коммутации и как он формулируется?
• Объясните, как формулируется второй закон коммутации и в чем его сущность?
• Поясните, на что расходуется энергия источника при зарядке конденсатора?
• Объясните, как определяется постоянная времени цепи с Р и С аналитический и графический?
• Поясните, по какому закону изменяется переходное напряжение в процессе зарядки конденсатора? Разрядки конденсатора?
• Объясните, по какому закону изменяется переходной ток в процессе зарядке и разрядки конденсатора?
• Объясните, как определяется постоянная времени цепи R,L?
• Поясните, по какому закону изменяется переходный ток цепи с R,L при включении ее под постоянное напряжение источника? Тоже ЭДС самоиндукции?
• Поясните, от чего зависит скорость изменения тока при включении и выключении цепи R,L при постоянном напряжении источника?
• Объясните, что такое принужденный и свободный ток катушки? Как они определяются?
• Поясните, каковы особенности определения i, eL и r при включении цепи R, L, при закорачивании участка R, L? Шунтированием участка R, L разрывом цепи?
• Объясните, как определяется переходный ток цепи с R,L при включении и выключении цепи, если увеличить или уменьшить сопротивление цепи?
• Поясните, за какой промежуток времени переходный процесс в цепи R, L считается законченным?
• Объясните, каков закон изменения переходного тока при включении катушки к источнику синусоидального напряжения?
• Объясните, когда отсутствует переходный процесс при включении катушки к источнику синусоидального напряжения?
• Поясните, при каком условии переходный ток включения катушки под синусоидальное напряжение будет наибольшим?
• Объясните, какие факторы влияют на переходный процесс короткого замыкания?
• Объясните, что называется ударным током короткого замыкаия?
• Поясните, в каком случае ударный ток будет наибольшим?
Раздел 4 Темы, отражающие связь со специальностью (по выбору)