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 u_c (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.