Исследование переходных процессов в электрических цепях.

 

Цель работы: Исследовать переходные процессы, возникающие в цепи с конденсатором и катушкой индуктивности в электрических цепях.

Основные теоретические положения.

 

Под переходным (динамическим, нестационарным) процессом понимается процесс перехода цепи из одного установившегося состояния (режима) в другое. При установившихся, или стационарных, режимах в цепях постоянного тока напряжения и токи неизменны во времени, а в цепях переменного тока они представляют собой периодические функции времени. Установившиеся режимы при заданных и неизменных параметрах цепи полностью определяются только источником энергии. Следовательно, источники постоянного напряжения (или тока) создают в цепи постоянный ток, а источники переменного напряжения (или тока) – переменный ток той же частоты, что и частота источника энергии.

Переходные процессы возникают при любых изменениях режима электрической цепи: при подключении и отключении цепи, при изменении нагрузки, при возникновении аварийных режимов (короткое замыкание, обрыв провода и т.д.). Изменения в электрической цепи можно представить в виде тех или иных переключений, называемых в общем случае коммутацией. Физически переходные процессы представляют собой процессы перехода от энергетического состояния, соответствующего до коммутационному режиму, к энергетическому состоянию, соответствующему после коммутационному режиму.

В электрической цепи переходные процессы могут возникать, если в цепи имеются индуктивные и емкостные элементы, обладающие способностью накапливать или отдавать энергию магнитного или электрического поля.

Первый закон коммутации состоит в том, что ток в ветви с индуктивным элементом в начальный момент времени после коммутации имеет то же значение, какое он имел непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения он начинает плавно изменяться. Сказанное обычно записывают в виде i_L (0_-) = i_L (0₊), считая, что коммутация происходит мгновенно в момент t = 0.

Второй закон коммутации состоит в том, что напряжение на емкостном элементе в начальный момент после коммутации имеет то же значение, какое оно имело непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения оно начинает плавно изменяться: u_C (0_-) = u_C (0₊).

 

Методические указания по выполнению работы.

 

1. На рабочем поле экрана собрать электрическую схему (рис. 7.1).

 

 

 

Рис. 7.1.

 

Задать параметры цепи согласно варианту (табл. 7.1).

 

Табл. 7.1.

№ варианта	Первоначальное положение ключа – ключ разомкнут
Е, В	R 1, Ом	R 2, Ом	C, мкФ	L, мГн

 

Снять показания приборов. Заполнить таблицу 7.2. Построить графики изменения тока и напряжения на конденсаторе. Определить постоянную времени конденсатора. Отметить постоянную времени на графиках.

Табл. 7.2.

До коммутации (ключ разомкнут)	После коммутации (ключ замкнут)
IR1, А	IR2, А	UC, В	IC, А	IR1, А	IR2, А	UC, В	IC, А

 

2. На рабочем поле экрана собрать электрическую схему цепи (рис. 7.2).

 

Рис. 7.2.

 

Задать параметры цепи согласно варианту (табл. 7.1).

Снять показания приборов. Заполнить таблицу 7.3. Построить графики изменения тока и напряжения на конденсаторе. Определить постоянную времени катушки индуктивности. Отметить постоянную времени на графиках.

 

Табл. 7.3.

До коммутации (ключ разомкнут)	После коммутации (ключ замкнут)
IR1, А	IR2, А	UL, В	IL, А	IR1, А	IR2, А	UL, В	IL, А

 

 

Контрольные вопросы.

 

1. Дать понятия переходного, установившегося и свободного режимов в электрических цепях. Объяснить причины возникновения переходных процессов.

2. Сформулировать законы коммутации.

3. Методы анализа переходных процессов.

4. Что такое нулевые и ненулевые начальные условия?

5. Что такое постоянная времени цепи?

 

 

Приложение 1.

Лабораторная работа № 1.

 

Цепи постоянного тока.

 

Цель работы:

 

 

Выполнил:

 

Проверил:

 

 

Рис. 1. Схема цепи.

Таблица.

Ключ разомкнут	Параметры цепи	Показания приборов	Вычисленные значения
Uab, В
I, А
IR 1, А
UR 1, В
IR 2, А
UR 2, В
IR 3, А
UR 3, В
IR 4, А
UR 4, В
Ключ замкнут	Uab, В
I, А
IR 1, А
UR 1, В
IR 2, А
UR 2, В
IR 3, А
UR 3, В
IR 4, А
UR 4, В

 

 

Рис. 2. Схема цепи.

 

 

Таблица.

Ключ разомкнут	Параметры цепи	Показания приборов	Вычисленные значения
Uab, В
I, А
IR 1, А
UR 1, В
IR 2, А
UR 2, В
IR 3, А
UR 3, В
IR 4, А
UR 4, В
Ключ замкнут	Uab, В
I, А
IR 1, А
UR 1, В
IR 2, А
UR 2, В
IR 3, А
UR 3, В
IR 4, А
UR 4, В

 

Лабораторная работа № 2.