Процессы в электрических цепях

1. Физические процессы в электрических цепях
2. Переходные процессы в электрических цепях
3. Причины проявления переходных процессов в электрических цепях

Электрической цепью есть набор приспособлений, что формируют путь протекания электрического тока, и предназначением которых есть выработка, распределение и потребление электроэнергии.

К составу электрической цепи относится набор обязательных элементов:

• источники электроэнергии;
• приемники электроэнергии;
• провода, соединяющие предыдущие компоненты в контур.

Физические процессы в электрических цепях

Переносчиком энергии есть электромагнитное поле, находящееся внутри и вокруг проводов. Потому при изучения физических процессов, имеющих место в электрической цепи, нужно в полной мере рассматривать электромагнитное поле данной цепи.

Для проведения расчетов и изучения электромагнитного поля электрической цепи применяют понятие дифференциала и параметры электромагнитного поля в конкретной точке исследования. Описать математически параметры электромагнитного поля является задачей не из легких.

Зачастую электрические цепи включают отдельные однородные участки. Благодаря этому представляется возможным описать параметры электромагнитного поля для них. При этом применяются математические интегральные величины.

ЭДС источника электроэнергии рассчитывается так:

\(e_a b=\int\limits_a^bE_c торdl\)

Формула для вычисления напряжения запишется так:

\(U_a b=\int\limits_a^b\overrightarrow{E}\overrightarrow{dl}\)

Формула для расчета силы тока:

\(I=\int\limits_S^\Box \overrightarrow{σ}\overrightarrow{ds} \)I

Формула для определения электрического заряда:

\(q=\int\limits_S^\Box \overrightarrow{D}ds\)

Для расчета магнитного потока формула имеет следующий вид:

\(Ф=\int\limits_S^\Box \overrightarrow{B}\overrightarrow{ds} \)

Для расчета электрического сопротивления используют следующее выражение:

\(R = {{l} \over γS}\)

Так как для расчета электрических цепей используют интегральные величины, становится возможным относительно простой расчет с получением параметров с небольшими неточностями.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Для любой электрической цепи характерно одновременное протекание таких физических процессов:

• генерирование электрической энергии. Данный процесс имеет место в генераторах посредством трансформации каких-либо видов энергии в электрическую. Например, механической, химической, тепловой и прочих;
• преобразование электроэнергии в прочие виды энергии. Подобные процессы имеют место в приемниках;
• возвращение или накапливание электроэнергии в магнитном поле:
  \(W_M=\int_a^\Box { {1} \over 2} μμ_0 H^2 dV_2; \)
• возвращение или накапливание электроэнергии в электрическом поле:
  \(W_Э=\int_V^\Box { {1} \over 2} μμ_0 H^2 dV. \)

Все вышеназванные процессы характерны для всех компонентов электрической цепи и производятся в один момент, подчиняясь законам сохранения энергии.

Для расчета физических процессов в электрических цепях их представляют, как условные схемы, состоящие из идеальных компонентов. При этом каждый из них будет соответствовать определенному процессу. К данным элементам относятся пять компонентов:

1. Идеальный источник ЭДС \(E\). Этот компонент производит постоянную ЭДС, которая не зависима от силы тока и описывается напряжением.
2. Идеальный источник электрического тока \(I\). Этот компонент производит постоянный электрический ток. Эта величина не зависима от напряжения и описывается током.
3. Идеальный резистор \(R\). Этот компонент выполняет функцию преобразования электроэнергии в прочие виды энергии. Он обозначается символически и описывается сопротивлением.
4. Идеальная катушка индуктивности \(L\). Данный компоненте цепи отвечает за возвращение или накапливание электроэнергии в магнитном поле. Он описывается индуктивностью.
   \(W_M={{Li^2} \over 2} \)
5. Идеальный конденсатор \(C\). Этот компоненте цепи отвечает за возвращение или накапливание электроэнергии в электрическом поле. Он описывается емкостью.
   \(W_Э={{Сu^2} \over 2} \)

Все компоненты цепи отображаются посредством одного или двух идеальных компонентов, в зависимости от того, какие именно процессы нужно рассчитать.

Переходные процессы в электрических цепях

Под влиянием различных факторов в электрических цепях происходят переходные процессы. Подобное влияние способствует переходу электрических цепей из устоявшихся состояний в какие-то новые. Источниками таких воздействий может быть коммутационная аппаратура, подключение или отключение источников и прочее.

К примеру, если есть электрическая цепь с источником напряжения \(U_0\), к ней подключить разряженный конденсатор \(C\) через резистор \(R\), то напряжение в конденсаторе изменится от нуля до \(U_0\) согласно закону:

\(U_c(t)=U_0(1-e^ {{1} \over τ}),\)

где \(τ=RC\) – постоянная времени.

Анализируя процессы в электрических цепях, сталкиваются с их разновидностями. Они бывают переходными и стационарными (установившимися).

Стационарными есть такие процессы, при которых значения напряжений и токов остаются постоянными на отдельных участках.

Для стационарных процессов характерен повтор мгновенных значений токов и напряжений в разветвлениях. При этом токи, напряжения и структура цепи неизменны. Для установившихся процессов характерна зависимость напряжений и токов от разновидностей внешних воздействий и характеристик самой цепи.

Переходным есть процесс в электрической цепи, проявляющийся при ее переходе от одного состояния в другое, что отличается от предыдущего хотя бы одни параметром. Напряжения и токи при таком переходе называют переходящими.

Стационарный режим может изменяться из-за внешних сигналов, например, включения или выключения внешних или внутренних источников влияния.

Коммутацией есть любая перемена в электрической цепи, активизирующая процесс перехода.

Коммутацией в электрических цепях есть процесс переключения элементов электрической цепи или отключение полупроводникового устройства.

Все переходные процессы на практике являются быстропротекающими. Они могут протекать за тысячные доли секунды. В очень редких случаях они могут длиться секунду и более.

При этом рождается вопрос, а есть ли смысл обращать внимание на столь быстротечные процессы? На данный вопрос в каждом конкретном случае будет свой ответ, так как роль каждого из таких процессов может быть различна по степени важности. Переходные процессы особо важное значение имеют в устройствах усиливающих, преобразовывающих и формирующих импульсные сигналы, продолжительность которых равна длительности таких переходных процессов.

Переходные процессы есть основной причиной изменения импульсных сигналов при пересечении ими электрических цепей. Анализирование и вычисление параметров автоматических устройств, непрерывно осуществляющих преобразования электрических цепей, невозможно без переходных процессов.

При этом, для некоторых устройств переходные процессы являются крайне нежелательными. Рассчитывая переходные процессы, определяют потенциальную возможность перенапряжения и резкого роста электрического тока, что является очень важным в электрических цепях большой емкости и индуктивности.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Причины проявления переходных процессов в электрических цепях

Проявление переходных процессов непосредственно зависит от особенностей преобразования энергетических запасов реактивных элементов электрической цепи. Энергию, накапливающуюся в магнитном поле индукции, по которому течет ток, выражают так:

\(W_L = {1 \over 2}(Li_L^2)\)

Энергию, накапливающуюся в электрическом поле конденсатора, заряженного до напряжения U_C, выражают формулой:

\(W_C = {1 \over 2}(Cu_C^2)\)

Так как запас магнитной энергии \(W_L\) зависит от электрического тока катушки \(i_L\), а электрической энергии \(W_C\) – от напряжения конденсатора \(u_C\), то при самых разных коммутациях наблюдается ключевое правило: напряжение конденсатора и ток катушки не меняются скачкообразно. Другими словами, их изменение происходит плавно.

Согласно понятиям физики, переходными процессами есть процессы перехода цепи из докоммутационного энергетического режима в послекоммутационный. Каждый стационарный процесс в электрической цепи характеризуется определенными значениями магнитной и электрической энергии.

При каждом переходе от одного состояния к другому наблюдается уменьшение или увеличение энергии полей, что способствует процессу перехода, который заканчивается лишь при завершении преобразования энергии. Если в процессе коммутации энергия в цепи не меняется, то переход не происходит.

Процесс перехода при коммутации возможен только тогда, когда происходит изменение стационарного режима цепи с элементами, аккумулирующими энергию.

Процессы перехода могут быть спровоцированы:

• включением или отключением электрической цепи;
• коротким замыканием элементов или участков цепи;
• подсоединением или отсоединением отдельных элементов или целых ветвей.

Также нужно сказать, что процессы перехода имеют место под влиянием на электрическую цепь импульсных сигналов.