Prijelazni procesi u električnom krugu

Prijelazni procesi nisu neobični i karakteristični su ne samo za električne krugove. Može se navesti niz primjera iz različitih područja fizike i tehnike gdje se takve pojave događaju.

Na primjer, vruća voda ulivena u posudu postupno se hladi i njezina se temperatura mijenja od početne vrijednosti do ravnotežne vrijednosti jednake temperaturi okoline. Njihalo dovedeno iz stanja mirovanja izvodi prigušne oscilacije i na kraju se vraća u prvobitno stacionarno stacionarno stanje. Kada je priključen električni mjerni uređaj, njegova igla, prije nego što se zaustavi na odgovarajućem podjelu ljestvice, napravi nekoliko oscilacija oko ove točke na ljestvici.

Stacionarni i prijelazni način rada električnog kruga

Pri analizi procesa u električni krugovi trebali biste susresti dva načina rada: ustaljeni (stacionarni) i prolazni.

Stacionarni način rada električnog kruga spojenog na izvor stalnog napona (struje) je način rada u kojem su struje i naponi u pojedinim granama strujnog kruga konstantni tijekom vremena.

U električnom krugu spojenom na izvor izmjenične struje, stacionarno stanje karakterizira periodično ponavljanje trenutnih vrijednosti struja i napona u granama... U svim slučajevima rada krugova u stacionarnim režimima, koji se teoretski mogu nastaviti neograničeno vrijeme, pretpostavlja se da se parametri aktivnog signala (napon ili struja), kao i struktura kruga i parametri njegovih elemenata, ne mijenjaju.

Struje i naponi u stacionarnom načinu rada ovise o vrsti vanjskog utjecaja i parametrima električnog cilja.

Prijelazni način (ili prijelazni proces) naziva se način koji se javlja u električnom krugu tijekom prijelaza iz jednog stacionarnog stanja u drugo, koje se na neki način razlikuje od prethodnog, a naponi i struje koji prate ovaj način - prijelazni naponi i struje... Promjena u stacionarnom stanju kruga može nastati kao posljedica promjene vanjskih signala, uključujući uključivanje ili isključivanje izvora vanjskog utjecaja, ili može biti uzrokovana sklopkom u samom krugu.

Svaka promjena u električnom krugu koja uzrokuje pojavu prijelazne pojave naziva se komutacija.

Prebacivanje električnog kruga — postupak preklapanja električnih spojeva elemenata električnog kruga, odvajanje poluvodičkog uređaja (GOST 18311-80).

U većini slučajeva, teoretski je dopušteno pretpostaviti da se prebacivanje odvija trenutačno, tj. razne sklopke u strujnom krugu izvode se bez oduzimanja puno vremena. Proces prebacivanja na dijagramima obično je prikazan strelicom u blizini prekidača.

Prijelazni procesi u realnim strujnim krugovima su brzi... Njihovo trajanje je desetinke, stotinke, a često i milijuntinke sekunde. Relativno rijetko, trajanje ovih procesa doseže nekoliko sekundi.

Naravno, postavlja se pitanje je li uopće potrebno voditi računa o prijelaznim režimima tako kratkog trajanja. Odgovor se može dati samo za svaki konkretan slučaj, jer u različitim uvjetima njihova uloga nije ista. Njihova je važnost osobito velika u uređajima namijenjenim za pojačavanje, formiranje i pretvorbu impulsnih signala, kada je trajanje signala koji djeluju na električni krug razmjerno trajanju prijelaznih modova.

Prijelazni događaji uzrokuju izobličenje oblika impulsa dok prolaze kroz linearne krugove. Proračun i analiza uređaja za automatizaciju, kod kojih postoji kontinuirana promjena stanja električnih krugova, nezamislivi su bez uzimanja u obzir prijelaznih modova.

U nizu uređaja pojava prijelaznih procesa općenito je nepoželjna i opasna. Proračun prijelaznih načina u tim slučajevima omogućuje određivanje mogućih prenapona i porasta struje, koji mogu biti višestruko veći od napona i struja stacionarnih uređaja. način rada. Ovo je posebno važno za krugove sa značajnim induktivitetom ili velikim kapacitetom.

Razlozi procesa tranzicije

Razmotrimo pojave koje se događaju u električnim krugovima tijekom prijelaza iz jednog stacionarnog načina rada u drugi.

Žarulju sa žarnom niti uključujemo u serijski krug koji sadrži otpornik R1, sklopku B i izvor konstantnog napona E.Nakon zatvaranja prekidača, svjetiljka će odmah zasvijetliti, jer je zagrijavanje žarne niti i povećanje svjetline njezinog sjaja nevidljivo oku. Uvjetno se može pretpostaviti da je u takvom krugu stacionarna struja jednaka Azo =E / (R1 + Rl), instalirana je gotovo odmah, gdje je Rl - aktivni otpor žarne niti žarulje.

U linearnim krugovima koji se sastoje od izvora energije i otpornika, prijelazni pojavi povezani s promjenom pohranjene energije uopće se ne događaju.

Riža. 1. Sheme za prikaz prijelaznih procesa: a — strujni krug bez reaktivnih elemenata, b — strujni krug s induktorom, c — strujni krug s kondenzatorom.

Zamijenite otpornik s L zavojnicom čiji je induktivitet dovoljno velik. Nakon zatvaranja prekidača, možete primijetiti da je povećanje svjetline žarulje postupno. To pokazuje da zbog prisutnosti zavojnice, struja u krugu postupno doseže vrijednost stabilnog stanja. I'o =E / (rDa se + Rl), gdje je rk — aktivni otpor namota zavojnice.

Sljedeći eksperiment provest ćemo s krugom koji se sastoji od izvora konstantnog napona, otpornika i kondenzatora, paralelno s kojim spajamo voltmetar (slika 1, c). Ako je kapacitet kondenzatora dovoljno velik (nekoliko desetaka mikrofarada) i otpor svakog od otpornika R1 i R2 nekoliko stotina kilo-oma, tada nakon zatvaranja prekidača igla voltmetra počinje glatko odstupati i tek nakon nekoliko sekundi postavlja se na odgovarajući podjeli ljestvice.

Stoga se napon u kondenzatoru, kao i struja u strujnom krugu, uspostavlja relativno dugo (tromost samog mjernog uređaja u ovom slučaju može se zanemariti).

Što sprječava trenutnu uspostavu stacionarnog načina rada u krugovima na sl. 1, b, c i razlog procesa prijelaza?

Razlog tome su elementi električnih krugova koji mogu pohraniti energiju (tzv. reaktivni elementi): induktor (Sl. 1, b) i kondenzator (Slika 1, c).

Pojava prijelaznih procesa povezana je s osobitostima promjena rezervi energije u reaktivnim elementima kruga... Količina energije pohranjene u magnetskom polju induktora L, u kojem teče struja iL, izražava se pomoću formula: WL = 1/2 (LiL2)

Energija akumulirana u električnom polju kondenzatora kapaciteta C nabijenog na napon ti° C jednaka je: W° C = 1/2 (Cu° C2)

Budući da je dovod magnetske energije WL određen strujom u zavojnici iL i električnom energijom W° C — naponom u kondenzatoru ti° C, tada se u svim električnim krugovima, bilo koje tri komutacije, poštuju dvije osnovne odredbe: struja zavojnice a napon kondenzatora ne mogu se oštro promijeniti ... Ponekad se ti propisi formuliraju drugačije, naime: odnos toka zavojnice i naboja kondenzatora može se mijenjati samo glatko, bez skokova.

Fizički, prijelazni načini su procesi prijelaza energetskog stanja kruga iz predkomutacijskog u postkomutacijski način. Svakom stacionarnom stanju kruga s reaktivnim elementima odgovara određena količina energije električnog i magnetskog polja.Prijelaz na novi stacionarni način rada povezan je s povećanjem ili smanjenjem energije ovih polja i popraćen je pojavom prolaznog procesa koji završava čim prestane promjena u opskrbi energijom. Ako se tijekom sklopke energetsko stanje kruga ne promijeni, tada nema prijelaznih pojava.

Prijelazni procesi se promatraju tijekom prebacivanja kada se mijenja stacionarni način električnog kruga, koji ima elemente koji mogu pohraniti energiju. Prijelazi se događaju tijekom sljedećih operacija:

a) uključivanje i isključivanje kruga,

b) kratki spoj pojedinačne grane ili elementi lanca,

c) odspajanje ili spajanje grana ili elemenata strujnog kruga itd.

Osim toga, prijelazni pojavi javljaju se kada se impulsni signali primjenjuju na električne krugove.