暫態過程
當一個自感與電阻組成LR電路,在0突變到u或u突變到0的階躍電壓的作用下,由于自感的作用,電路中的電流不會瞬間突變;與此類似,電容和電阻組成的RC電路在階躍電壓的作用下,電容上的電壓也不會瞬間變化。這些都是暫態過程。
暫態過程一般時間很短,但這一過程中出現的現象卻很重要。某些電氣設備由于開關操作所引起的暫態過程,可能出現比穩態時大數倍至數十倍的電壓或電流,從而威脅電氣設備和人身安全,因此在設計中要考慮到暫態過程的影響。另外,在電子電路中,暫態過程往往又有各種巧妙的應用。
在含有電容或電感的電路兩端,電壓發生突變時,電路中的電流從初始值變化到趨于穩定。電路具有暫態過程的特性叫做電磁慣性。暫態過程所經歷的時間叫做電路的時間常數。時間常數可以表示電路電磁慣性的強弱。對于由電阻R和電感L串聯的電路,在通電時,電流強度從零增加到某一穩定值,斷電時,電流強度從某值降為零,所用的時間常數均為τ=L/R對于電阻R和電容C串聯的電路,相應的時間常數則為τ=RC利用電路暫態過程的特性,可以制成時間繼電器。
電路暫態過程產生的原因
工程上人們會有這樣的概念:電動機從停止狀態(一種穩定狀態)啟動時,其轉速是從零逐漸增加,經過一段時間后,最后達到某個轉速而穩定運行(另一種穩定轉速);當電動機停車時,其轉速也是從某穩定轉速逐漸減小,經過一段時間后,最后到零。在含有電容和電感的電路中,亦有類似的現象。
如右圖所示電路,開關s未閉合圖前,電容器未充電,uC=0,i=0uC=0,i=0,電路處于一種穩定狀態。將開關S閉合,電容器C開始充電,其兩端壓由零逐漸升高,電路中有電流i經過,一段時間后,當電容兩端電壓等于電源電動勢,即uC=EuC=E時,電容器端電壓不再升高,與此同時,電路電流i也由最大值下降為零,電容器充電完畢,此時電容器處于另一個穩定狀態。電容器的端電壓從零增大到E,電流從最大值下降到零的變化過程,都需要一段時間,即電容端電壓變化過程是一個漸變過程。如果電路中只有電阻元件,則從一個穩態到另一個穩態是以躍變形式出現的,即不需要時間。
電動機從某一轉速下降為零之所以只能漸變,是因為電動機在轉動過程中儲存的動能不能瞬間耗盡,即表征動能的轉速不能躍變。當有電容、電感元件的電路進行換路,也就是接通、切斷、短路、電壓改變或參數改變時,會使電路中的能量發生變化,而能量的變化是不能躍變的,在電感元件中儲存的磁能12Li2C12LiC2在換路時不能躍變,所以電感電路中的電流iLiL不能躍變;
在電容元件中儲存的電能12Cu2C12CuC2在換路時不能躍變,所以電容元件的端電壓uCuC不能躍變。綜上所述,電路的暫態過程是由于儲能元件的能量不能躍變而產生的。
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