Работа 2. Исследование переходных процессов в цепи с последовательным соединением активного сопротивления, катушки индуктивности и конденсатора
1. Цель работы
Приобретение навыков расчета на основании данных электроизмерительных приборов и развитие умения анализировать полученные результаты при экспериментальном исследовании переходных процессов в цепи, содержащей соединенные последовательно сопротивление, катушку индуктивности и конденсатор.
2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Переходные процессы в электрических цепях возникают при коммутации цепи и связаны с перераспределением энергии, запасенной индуктивностями и емкостями. Особенность переходных режимов цепи R, L, C с двумя накопителями заключается в сложном процессе обмена энергией между тремя элементами: источником напряжения, индуктивностью L и емкостью C. В то же время часть энергии превращается в тепло в сопротивлении R. В связи с изложенным выше, на характер переходного процесса оказывает большое влияние соотношение параметров сопротивления R, индуктивности L и емкости C. В зависимости от величины R, L и C переходный процесс может быть апериодическим или колебательным.
Апериодический переходный процесс
При апериодическом переходном процессе ток i не изменяет знак (табл. 2.1, поз. 1, 2). Такой вид переходного процесса возможен при условии . Рассмотрим апериодический разряд емкости, предварительно заряженной до напряжения uc (0) = U (поз. 2, табл. 2.1).Энергия, запасенная емкостью, превратится в переходном процессе в тепло на сопротивлении R. При этом ток нарастает с 0 до максимального отрицательного значения и спадает до 0. С энергетической точки зрения это означает, что при разряде емкости, отдаваемая ей энергия, будет лишь в малой доле переходить в энергию магнитного поля индуктивности, а большая ее часть будет поглощаться сопротивлением. Начиная с некоторого момента времени t1, когда ток начинает уменьшаться, в тепло будет переходить не только оставшаяся энергия электрического поля емкости, но и энергия, которая запаслась в магнитном поле индуктивности.
Таблица 2.1
А п е р и о д и ч е с к и й р е ж и м, |
|||
1 |
Включение цепи R, L, C на постоянное напряжение |
2 |
Отключение цепи R, L, C от постоянного напряжения |
;
|
U
R
C
L
i
; ;
|
||
К о л е б а те л ь н ы й р е ж и м, |
|||
3 |
Включение цепи R, L, C на постоянное напряжение |
4 |
Отключение цепи R, L, C от постоянного напряжения |
U
R
C
L
i
; ; |
U
R
C
L
i
i
t
0
t1
; ;
|
||
При включении цепи R, L, C на постоянное напряжение (поз. 1, табл. 2.1) происходит процесс накопления электрической энергии емкостью C от внешнего источника напряжения U. При апериодическом заряде емкости сопротивление R ограничивает ток i, и соответственно долю энергии внешнего источника напряжения, которая переходит в энергию магнитного поля индуктивности. Поэтому ток в переходном процессе не изменяет знак.