Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Домрачев_Оранж_пособие_ПП.pdf
Скачиваний:
94
Добавлен:
02.06.2015
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

27

XC (t)

0

 

 

 

 

 

 

τ

2τ

3τ t

в

Продолжение рис. 1.14

1.10. Короткое замыкание RC-цепи

Заданы параметры цепи, напряжение U ; uC (0− ) =U .

Найти ток разряда конденсатора и напряжение uC после замыкания ключа S.

Уравнение по второму закону Кирхгофа для цепи (рис. 1.15) после коммутации

+

i

 

 

R1

U

t = 0

 

R

S

 

 

 

 

uC C

-

Рис. 1.15

28

 

Ri +uC = 0; RC

duc

+uC = 0; t > 0.

(1.32)

 

 

dt

 

Принуждённая составляющая напряжения на конденсаторе ucпр =0.

Решение однородного уравнения (1.32):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

t

 

 

 

u =u

 

=Aep1t=Ae− RC =Ae−

τ ,

(1.33)

 

 

c

cсв

 

 

 

 

 

 

 

где p1 – корень характеристического уравнения

 

 

 

 

RCp +1 = 0;

 

 

p

= − 1 ;

τ = RC .

 

 

 

 

 

 

 

 

1

RC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Постоянную интегрирования A определим из начальных условий, используя

второй закон коммутации

 

uC (0− ) = uC (0+ ) =U .

 

 

 

 

 

 

 

 

При t = 0 A =U из выражения (1.33)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

t

 

 

 

 

 

 

 

u =Ue RC ;

 

(1.34)

 

 

 

 

 

 

c

 

 

− t

 

 

 

 

 

 

i =C

du

=−

U

 

(1.35)

 

 

 

 

c

R

e RC .

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

Графики uC и i показаны на рис. 1.16.

 

 

u

c

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u = u

=Ue−t τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

св

 

 

 

 

0

 

 

τ=RC

 

 

 

3τ

t

 

 

 

 

 

 

2τ

 

 

 

 

 

i =i

= −

U

e− t τ

 

 

−U

 

 

 

 

c в

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

Рис. 1.16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

Переходные процессы в RC-цепях находят широкое практическое применение. В электротехнике интерес представляют импульсы тока большой амплитуды – экстратоки, возникающие при заряде и разряде конденсаторов большой ёмкости через малые сопротивления. В электронных схемах переходные процессы в RC-цепях являются причиной переходных искажений. Использование переходных процессов в RC-цепях для формирования сигналов рассмотрено в третьей главе пособия.

1.11. Включение RL-цепи на синусоидальное напряжение

При включении RL-цепи (рис. 1.17) на синусоидальное напряжение

u =Um sin(ωt +αu )

Дифференциальное уравнение имеет вид

i

S

R

 

u

L

Рис. 1.17

 

 

 

 

 

L

di

+ Ri =Um sin(ωt +αu ).

 

 

 

(1.36)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dτ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принуждённая составляющая переходного тока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iпр = Im sin(ωt +αi ) = Im sin(ωt +αu −ϕ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Im =

Um

; ϕ = arctg

ωL

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2 +(ωL)2

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

R

t

 

−

t

 

Свободная

составляющая,

как и

прежде

(1.15), равна i

 

 

=

 

= Ae L

Ae τ ,

 

 

L – постоянная времени.

 

 

 

 

 

 

cв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

τ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i = i

+i

 

= I

 

sin(ωt +α

 

−ϕ) + Ae

−

 

 

 

 

 

 

Переходный ток

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

u

τ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пр

св

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

Используя первый закон коммутации i(0− ) = i(0+ ) = 0,

найдём постоянную

интегрирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 = Im sin(αu −ϕ) + A; A = −Im sin(αu −ϕ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i =I sin(ωt +α)−I

− t

 

 

Окончательно получим

sinα e

τ

,

(1.37)

 

m

 

i

m

i

 

где αi =αu −ϕ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

(

+αi

)

 

 

 

 

 

 

 

пр = Im sin ω t

 

 

 

 

 

 

I m sin αi

 

 

i = i пр+ iсв

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

− Imsin αi αi

τ

 

 

2τ

3τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iсв =− I m sin αie−t τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.18

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

i

 

= I

 

 

 

 

 

 

 

 

пр

m

sin ωt +

 

 

 

 

 

 

 

I m

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωt

 

π

 

 

π

 

 

 

 

 

 

t

− I m

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i св

imax

 

 

 

 

i = iпр + iсв

 

 

а

 

 

π

αi

=αu −ϕ =

 

 

 

4

π

Рис. 1.18

б

αi =

 

 

 

2

На рис. 1.18 а, б изображены кривые переходного тока для двух значений начальной фазы αi принуждённого тока и различных постоянных времени τ свободного тока. Они показывают, что ток i во время переходного процесса