Prehodni procesi v električnem tokokrogu

Prehodni procesi niso nenavadni in niso značilni le za električna vezja. Na različnih področjih fizike in tehnike lahko navedemo vrsto primerov, kjer se takšni pojavi pojavljajo.

Na primer, vroča voda, nalita v posodo, se postopoma ohladi in njena temperatura se spremeni od začetne vrednosti do ravnotežne vrednosti, ki je enaka temperaturi okolja. Nihalo, ki ga pripeljemo iz stanja mirovanja, izvaja dušilna nihanja in se na koncu vrne v prvotno stacionarno stacionarno stanje. Ko je električna merilna naprava priključena, njena igla, preden se ustavi na ustreznem razdelku skale, večkrat zaniha okoli te točke na skali.

Stacionarni in prehodni način električnega tokokroga

Pri analizi procesov v električna vezja srečati se morate z dvema načinoma delovanja: ustaljenim (stacionarnim) in prehodnim.

Stacionarni način električnega tokokroga, priključenega na vir stalne napetosti (toka), je način, pri katerem so tokovi in ​​napetosti v posameznih vejah tokokroga skozi čas konstantni.

V električnem tokokrogu, priključenem na vir izmeničnega toka, je za stacionarno stanje značilno periodično ponavljanje trenutnih vrednosti tokov in napetosti v vejah ... V vseh primerih delovanja tokokrogov v stacionarnih načinih, ki se teoretično lahko nadaljujejo za nedoločen čas se predpostavlja, da se parametri aktivnega signala (napetost ali tok), kot tudi struktura vezja in parametri njegovih elementov, ne spreminjajo.

Tokovi in ​​napetosti v stacionarnem načinu so odvisni od vrste zunanjega vpliva in od parametrov električne tarče.

Prehodni način (ali prehodni proces) se imenuje način, ki se pojavi v električnem tokokrogu med prehodom iz enega stacionarnega stanja v drugega, ki se nekako razlikuje od prejšnjega, in napetosti in tokovi, ki spremljajo ta način - prehodne napetosti in tokovi... Sprememba ustaljenega stanja vezja se lahko pojavi kot posledica spreminjanja zunanjih signalov, vključno z vklopom ali izklopom vira zunanjega vpliva, ali pa je lahko posledica preklapljanja v samem vezju.

Vsaka sprememba v električnem tokokrogu, ki povzroči prehodni pojav, se imenuje komutacija.

Preklop električnega tokokroga - postopek preklapljanja električnih povezav elementov električnega tokokroga, odklop polprevodniške naprave (GOST 18311-80).

V večini primerov je teoretično dopustno domnevati, da se preklapljanje izvede v trenutku, tj. različna stikala v tokokrogu se izvajajo brez veliko časa. Postopek preklopa v diagramih je običajno prikazan s puščico v bližini stikala.

Prehodni procesi v realnih vezjih so hitri ... Njihovo trajanje je desetinke, stotinke in pogosto milijoninke sekunde. Relativno redko trajanje teh procesov doseže nekaj sekund.

Seveda se postavlja vprašanje, ali je na splošno potrebno upoštevati prehodne režime tako kratkega trajanja. Odgovor lahko podamo le za vsak konkreten primer, saj pod različnimi pogoji njihova vloga ni enaka. Njihov pomen je še posebej velik v napravah, namenjenih ojačanju, tvorjenju in pretvorbi impulznih signalov, ko je trajanje signalov, ki delujejo na električni tokokrog, sorazmerno s trajanjem prehodnih načinov.

Prehodni pojavi povzročijo popačenje oblike impulzov, ko prehajajo skozi linearna vezja. Izračun in analiza naprav za avtomatizacijo, kjer prihaja do neprekinjenega spreminjanja stanja električnih tokokrogov, je nepredstavljiva brez upoštevanja prehodnih načinov.

V številnih napravah je pojav prehodnih procesov na splošno nezaželen in nevaren.Izračun prehodnih načinov v teh primerih omogoča določitev možnih prenapetosti in povečanja toka, ki so lahko večkrat višja od napetosti in tokov stacionarnega način. To je še posebej pomembno za vezja z veliko induktivnostjo ali visoko kapacitivnostjo.

Razlogi za prehodni proces

Razmislimo o pojavih, ki se pojavljajo v električnih tokokrogih med prehodom iz enega stacionarnega načina v drugega.

Žarnico z žarilno nitko vključimo v zaporedno vezje, ki vsebuje upor R1, stikalo B in vir konstantne napetosti E.Ko je stikalo zaprto, bo svetilka takoj zasvetila, saj sta segrevanje žarilne nitke in povečanje svetlosti njenega sijaja očesu nevidna. Pogojno se lahko domneva, da je v takem vezju stacionarni tok enak Azo = E / (R1 + Rl), nameščen je skoraj takoj, kjer je Rl - aktivni upor žarilne nitke.

V linearnih tokokrogih, sestavljenih iz virov energije in uporov, se prehodi, povezani s spremembo shranjene energije, sploh ne pojavijo.

riž. 1. Sheme za ponazoritev prehodnih procesov: a — vezje brez reaktivnih elementov, b — vezje z induktorjem, c — vezje s kondenzatorjem.

Zamenjajte upor s tuljavo L, katere induktivnost je dovolj velika. Ko zaprete stikalo, lahko opazite, da je povečanje svetlosti sijanja svetilke postopno. To kaže, da zaradi prisotnosti tuljave tok v tokokrogu postopoma doseže svojo vrednost v stabilnem stanju. I'o =E / (rDa se + Rl), kjer je rk - aktivni upor navitja tuljave.

Naslednji poskus bomo izvedli z vezjem, sestavljenim iz vira konstantne napetosti, uporov in kondenzatorja, vzporedno s katerim priključimo voltmeter (slika 1, c). Če je kapaciteta kondenzatorja dovolj velika (nekaj deset mikrofaradov) in upor vsakega od uporov R1 in R2 nekaj sto kiloohmov, potem po zaprtju stikala igla voltmetra začne gladko odstopati in šele po nekaj sekund se nastavi na ustrezen razdelek lestvice.

Zato se napetost v kondenzatorju, kot tudi tok v tokokrogu, vzpostavi relativno dolgo (vztrajnost same merilne naprave v tem primeru lahko zanemarimo).

Kaj preprečuje takojšnjo vzpostavitev stacionarnega načina v tokokrogih na sl. 1, b, c in razlog za postopek prehoda?

Razlog za to so elementi električnih tokokrogov, ki so sposobni shranjevati energijo (tako imenovani reaktivni elementi): induktor (slika 1, b) in kondenzator (slika 1, c).

Pojav prehodnih procesov je povezan s posebnostmi sprememb zalog energije v reaktivnih elementih vezja ... Količina energije, shranjene v magnetnem polju induktorja L, v katerem teče tok iL, je izražena z formula: WL = 1/2 (LiL2)

Energija, akumulirana v električnem polju kondenzatorja s kapaciteto C, napolnjenega z napetostjo ti° C, je enaka: W° C = 1/2 (Cu° C2)

Ker je dobava magnetne energije WL določena s tokom v tuljavi iL in električno energijo W ° C - napetostjo v kondenzatorju ti ° C, potem v vseh električnih tokokrogih, poljubnih treh komutacijah, upoštevamo dve osnovni določbi: tok tuljave in napetost kondenzatorja se ne morejo močno spremeniti ... Včasih so ti predpisi oblikovani drugače, in sicer: razmerje toka tuljave in naboja kondenzatorja se lahko spreminja le gladko, brez skokov.

Fizično so prehodni načini procesi prehoda energijskega stanja vezja iz predkomutacijskega v postkomutacijski način. Vsako stacionarno stanje vezja z reaktivnimi elementi ustreza določeni količini energije električnega in magnetnega polja.Prehod v nov stacionarni način je povezan s povečanjem ali zmanjšanjem energije teh polj in ga spremlja pojav prehodnega procesa, ki se konča takoj, ko se ustavi sprememba oskrbe z energijo. Če se med preklopom energijsko stanje vezja ne spremeni, potem ne pride do prehodnih pojavov.

Med preklapljanjem opazimo prehodne procese, ko se spremeni stacionarni način električnega tokokroga, ki ima elemente, ki lahko shranjevajo energijo. Prehodi se zgodijo med naslednjimi operacijami:

a) vklop in izklop tokokroga,

b) kratek stik posamezne veje ali elementi verige,

c) odklop ali povezava vej ali elementov vezja itd.

Poleg tega pride do prehodnih pojavov, ko se impulzni signali uporabijo za električna vezja.