Лабораторная работа №16

Исследование переходных процессов заряда и разряда конденсатора

Литература [4, c. 430-459], [8, c. 276-287], [9, c. 480-504].

Методические рекомендации

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].