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暂态过程的产生及原因

时间:2022-11-03 百科知识 版权反馈
【摘要】:当开关S处于断开状态,且电路中各支路电流都为零时,灯泡L1、L2、L3都不亮,这是一种稳定状态。换路是电路产生过渡过程的外部因素,而电路中含有储能元件才是产生的这种现象的内部因素。有利的方面如电子技术中常用它来产生各种波形;不利的方面如在暂态过程发生的瞬间,可能出现过压或过流,致使设备损坏,必须采取防范措施。直流电路、交流电路都存在暂态过程,本节的重点是直流电路的暂态过程。

前面几章中重点讨论了电路工作在稳定状态时的分析计算,比如线性电路在直流电源作用下,激励是直流信号,电路中各处的响应也是直流信号;当电路中激励是交流信号,则电路中各处的响应也为同一频率的交流信号。电路的工作条件发生变化时,比如电路中电源或无源元件的断开或接入、开关的断开与闭合、信号的注入与消失等,电路中的某些参数往往不能立即进入稳定状态,而是要经历一个过程才使电路达到新的稳态,这个过程称为暂态过程或过渡过程。

上述电路结构或参数变化引起的电路变化统称为换路。通常认为换路是在一个瞬间内完成的,换路会使电路由一个状态过渡到另一个状态。

如图5-1所示,三个灯泡L1、、L2、L3是相同规格的,它们分别与电感、电容、电阻串联后构成的支路在并联接入电路。当开关S处于断开状态,且电路中各支路电流都为零时,灯泡L1、L2、L3都不亮,这是一种稳定状态。当开关闭合后,直流电压US接入电路,三个灯泡有不同的变化,灯泡L1由暗逐渐变亮,最后亮度达到稳定;灯泡L2在开关闭合的瞬间突然闪亮一下,随着时间的延迟逐渐暗下去,直到完全熄灭;灯泡L3在开关闭合的瞬间立即变亮,且亮度稳定不变。

换路是电路产生过渡过程的外部因素,而电路中含有储能元件才是产生的这种现象的内部因素。当电路发生变化时,如开关S由断开变为闭合,电路中电感储存的电场能量wC(t)=Cu2(t)和电感元件储存的磁场能量wL(t)=Li2(t)这两者不能突变,因此,电容电压和电感电流也不能突变。当开关闭合后,电感支路电流将从零逐渐变大,最终达到稳定,灯泡L2的亮度也随之改变;电容两端的电压uC从零逐渐增大,达到稳定为US,由于uL2=US-uS,灯泡L3两端的电压由US变为零,则灯泡L3的亮度逐渐变暗,直到完全熄灭;而电阻支路发生换路时,由于不含储能元件,即没有过渡过程,灯泡L3瞬间变亮且亮度不变。

图5-1 过渡过程的产生

过渡过程是一种自然现象,对它的研究很重要。过渡过程的存在有利有弊。有利的方面如电子技术中常用它来产生各种波形;不利的方面如在暂态过程发生的瞬间,可能出现过压或过流,致使设备损坏,必须采取防范措施。直流电路、交流电路都存在暂态过程,本节的重点是直流电路的暂态过程。

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