Законы коммутации в электрических цепях

Коммутация – это мгновенное или скачкообразное изменение структуры или параметров цепи (включение, отключение, переключение).

В результате коммутации наступает так называемый переходный процесс состояния электрической цепи из одного установившегося режима в другой, при этом различают: вынужденный (при подключении) переходный процесс и свободный (например, при отключении ЭЦ от источников энергии).

В отличие от процесса коммутации переходный процесс не может быть скачкообразным, т.к. скачкообразное изменение энергии цепи потребовало бы ее бесконечной мощности (p = dW/dt). А поскольку электрическая энергия в реактивных элементах не может накапливаться мгновенно, то при постоянных значениях = const справедливы два закона коммутации:

1 закон коммутации:

Ток в индуктивном элементе скачком измениться не может, т.е. ток до момента коммутации должен быть равен току в момент коммутации: .

2 закон коммутации:

Напряжение на емкостном элементе скачком измениться не может, т.е. до коммутации и в момент коммутации оно должно быть одинаковым: = .

Все другие токи и напряжения могут изменяться скачком.

При анализе переходных процессов исходный установившийся режим называется начальными условиями, которые характеризуют внутреннее состояние системы в некоторый фиксированный момент времени. Обычно принято задавать величину искомой функции и ее производных при t=0. Они могут быть нулевыми (ток через катушку и напряжение на конденсаторе при включении цепи) и не нулевыми (эти же параметры при выключении цепи). Согласно законам коммутации, при нулевых начальных условиях (1-й закон) индуктивный элемент есть разрыв цепи; аналогично емкостной элемент в момент включения при тех же начальных условиях (2-й закон) представляет собой короткое замыкание в цепи.