Федеральное агентство по образованию

Федеральное бюджетное государственное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий

Э лектротехника и электроника

Профессор В.М. Сапельников

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ С

СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

С апельников Валерий Михайлович

Доктор технических наук, профессор кафедры электротехники и электрооборудования предприятий УГНТУ, член диссертационного совета Д212.288.02 по присуждению ученых степеней кандидатов и докторов наук при Уфимском государственном авиационном техническом университете.

Академик Метрологической Академии РФ

Почетный работник высшего образования РФ

Диплом МВ и ССО СССР и ЦК ВЛКСМ 1981 г.

“Золотой Диплом-2000” Международного Форума по проблемам науки, техники и образования (Москва, декабрь 2000 г.)

Окончил Рязанский радиотехнический институт (РРТИ) в 1961 г.

Разработал новый класс приборов – цифроуправляемые калибраторы фазы. В этих приборах широко используется идеология аналоговой и цифровой вычислительной техники. В процессе создания цифроуправляемых калибраторов фазы решил фундаментальную проблему построения цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) для воспроизведения нелинейных зависимостей - функциональных ЦАП. Для этих целей им разработаны универсальные способы построения функциональных ЦАП.

Создал новую отрасль науки, включающую научные направления:

• цифроуправляемые калибраторы фазы;

• универсальные способы построения ЦАП для воспроизведения нелинейных зависимостей - функциональные ЦАП;

• функциональные аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

• цифроуправляемые умножители частоты;

• цифроуправляемые генераторы сложных сигналов.

Автор 200 научных работ, в том числе более 20 изобретений, двух монографий и учебного пособия.

Основные опубликованные работы:

1.Сапельников В.М. Цифро-аналоговые преобразователи в калибраторах фазы / Изд-е Башкирск. гос. ун-та.-Уфа, 1997. – 152 с.

2.Сапельников В.М., Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени электрических сигналов и их метрологическое обеспечение /Изд-е Башкирск.гос. ун-та.-Уфа, 2000. – 196 с.

3.Сапельников В.М., Галиев А.Л., Коловертнов Г.Ю. Базовые элементы цифровой и вычислительной техники / Изд-е Башкирск. гос. ун-та.-Уфа.-2001, – 160 с.

4.Sapelnikov V.M., Maksutov A.D., Kolovertnov G.Ju., Khakimov R.A. Fanctional Digital-to-Analog Converters – New Opportunities of Instrument Making. Proceedings 10-th IMEKO TC7 International Simposium on Advances of Measurement Science. June 30 – July 2, 2004. Saint-Petersburg, Russia. Vol. 1 - P. 205 – 211.

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра электротехники и электрооборудования предприятий

Профессор В.М.Сапельников

Электротехника и электроника

Учебное пособие по дисциплине

«Электротехника и электроника»

Часть 1

Специальности АТ, АГ, БАТ, БАГ

Уфа 2012

УДК 621.3.024/025:378.147

ББК 22.33:78.58

Рекомендовано к изданию кафедрой «электротехники и электрооборудования предприятий» (протокол № ___ от «___» ________ 2012 г.)

Составитель: профессор Сапельников В.М,

Рецензент:

13 Переходные процессы в линейных цепях с сосредоточенными параметрами

13.1 Возникновение переходных процессов

В предыдущих главах рассматривались установившиеся процессы в линейных электрических цепях, т.е. такие процессы, при которых напряжения и токи либо неизменны во времени (цепи постоянного тока), либо представляют периодические функции времени (цепи переменного тока).

Наступлению установившегося процесса, отличного от первоначального режима работы цепи, предшествует как правило, переходный процесс, при котором напряжения и токи изменяются не периодически.

Переход от одного режима работы цепи к другому режиму может быть вызван изменением параметров или схемы цепи, называемым в общем случае в электротехнике коммутацией.

Можно теоретически считать, что коммутация цепи производится мгновенно, т.е. на включение, выключение или переключение цепи время не расходуется, Тем не менее переход от исходного режима работы цепи к последующему установившемуся процессу происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени.

Объясняется это тем, что каждому состоянию цепи соответствует определенный запас энергии электрических и магнитных полей. Переход к новому режиму связан с нарастанием или убыванием энергии этих полей. Энергия , запасается в магнитном поле индуктивности L, и энергия , запасаемая в электрическом поле емкости C, не могут изменяться мгновенно: энергия может изменяться непрерывно, без скачков, так как в противном случае мощность, равная производной энергии по времени, достигала бы бесконечных, значений, что физически невозможно. Именно поэтому, например, в случае размыкания ветви с индуктивной катушкой, в месте размыкания неизбежно возникает искра, в сопротивлении которой расходуется энергия, накопленная в магнитном поле индуктивной катушки. Аналогично, если замкнуть накоротко зажимы конденсатора, который был предварительно заряжен, то запасенная в нем электрическая энергия рассеется в сопротивлении соединяющего провода и между контактами.

Если исключить случаи размыкания индуктивности и замыкания накоротко емкости и рассматривать цепи, в которых энергия, накапливаемая в магнитном или электрическом поле, может рассеиваться в виде тепла в сопротивлениях, то, считая, что коммутация происходит мгновенно, можно искрообразование не учитывать.

Для завершения переходного и наступления установившегося процесса теоретически требуется бесконечно большое время. Практически, однако, время переходного процесса определяется малым интервалом, по истечении которого токи и напряжения настолько приближаются к установившимся значениям, что разница оказывается практически неощутимой. Чем интенсивнее происходит рассеивание энергии в сопротивлениях, тем быстрее протекает переходный процесс.

Если бы электрическая цепь состояла только из сопротивлений и не содержала индуктивностей и емкостей, то переход от одного установившегося состояния к другому совершался бы мгновенно, без затраты времени. В реальных электротехнических устройствах тепловые потери, обусловленные током, магнитные и электрические нож сопутствуют друг другу. Применяя специальные схемы и подбирая соответствующие параметры цепи, можно ускорить или замедлить переходный процесс.

В одних случаях переходные процессы в электрических цепях нежелательны и опасны (например, при коротких замыканиях в энергетических системах). В других случаях переходный процесс представляет естественный, нормальный режим работы цепи, как это, например, имеет место в радиопередающих и радиоприемных устройствах, системах автоматического регулирования и других цепях.

Существуют различные методы рас чета переходных процессов в линейных электрических цепях. Настоящая глава посвящена классическому методу решения дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы.