Pārejoši procesi elektriskajā ķēdē

Pārejoši procesi nav nekas neparasts un ir raksturīgi ne tikai elektriskām ķēdēm. Var minēt vairākus piemērus no dažādām fizikas un tehnoloģiju jomām, kur šādas parādības notiek.

Piemēram, traukā ielietais karstais ūdens tiek pakāpeniski atdzesēts un tā temperatūra mainās no sākotnējās vērtības uz līdzsvara vērtību, kas vienāda ar apkārtējās vides temperatūru. No miera stāvokļa atvests svārsts veic slāpējošas svārstības un galu galā atgriežas sākotnējā stacionārā stāvoklī. Kad ir pievienota elektriskā mērierīce, tās adata, pirms apstājas pie attiecīgā skalas dalījuma, veic vairākas svārstības ap šo skalas punktu.

Elektriskās ķēdes stacionārais un pārejas režīms

Analizējot procesus iekšā elektriskās ķēdes jums vajadzētu saskarties ar diviem darbības režīmiem: izveidoto (stacionāro) un pārejošo.

Elektriskās ķēdes stacionārais režīms, kas savienots ar pastāvīga sprieguma (strāvas) avotu, ir režīms, kurā strāvas un spriegumi atsevišķos ķēdes atzaros laika gaitā ir nemainīgi.

Elektriskajā ķēdē, kas savienota ar maiņstrāvas avotu, stacionāro stāvokli raksturo periodiska strāvu un spriegumu momentāno vērtību atkārtošanās zaros... Visos gadījumos, kad ķēdes darbojas stacionāros režīmos, kas teorētiski var turpināties bezgalīgi tiek pieņemts, ka aktīvā signāla parametri (spriegums vai strāva), kā arī ķēdes uzbūve un tās elementu parametri nemainās.

Strāvas un spriegumi stacionārajā režīmā ir atkarīgi no ārējās ietekmes veida un no elektriskā mērķa parametriem.

Par pārejas režīmu (jeb pārejas procesu) sauc režīmu, kas rodas elektriskā ķēdē, pārejot no viena stacionāra stāvokļa uz citu, kas kaut kā atšķiras no iepriekšējā, un šo režīmu pavadošos spriegumus un strāvas — pārejas spriegumus un strāvas... Ķēdes līdzsvara stāvokļa izmaiņas var rasties ārējo signālu maiņas rezultātā, tajā skaitā ieslēdzot vai izslēdzot ārējas ietekmes avotu, vai arī to var izraisīt pārslēgšana pašā ķēdē.

Jebkuras izmaiņas elektriskajā ķēdē, kas izraisa pāreju, sauc par komutāciju.

Elektriskās ķēdes pārslēgšana — elektriskās ķēdes elementu elektrisko savienojumu pārslēgšanas process, pusvadītāju ierīces atvienošana (GOST 18311-80).

Vairumā gadījumu teorētiski ir pieļaujams pieņemt, ka pārslēgšana notiek momentāni, t.i. dažādi slēdži ķēdē tiek veikti, neaizņemot daudz laika. Pārslēgšanas process diagrammās parasti tiek parādīts ar bultiņu pie slēdža.

Pārejoši procesi reālās shēmās ir ātri... To ilgums ir sekundes desmitdaļas, simtdaļas un bieži vien miljondaļas. Salīdzinoši reti šo procesu ilgums sasniedz dažas sekundes.

Protams, rodas jautājums, vai vispār ir jāņem vērā tik īslaicīgi pārejoši režīmi. Atbildi var sniegt tikai par katru konkrētu gadījumu, jo dažādos apstākļos to loma nav vienāda. Īpaši liela to nozīme ir ierīcēs, kas paredzētas impulsu signālu pastiprināšanai, veidošanai un pārveidošanai, kad signālu ilgums, kas iedarbojas uz elektrisko ķēdi, ir samērojams ar pārejas režīmu ilgumu.

Pārejas traucējumi izraisa impulsu formas izkropļojumus, kad tie iet cauri lineārām ķēdēm. Automātikas ierīču aprēķins un analīze, kur nepārtraukti mainās elektrisko ķēžu stāvoklis, nav iedomājams, neņemot vērā pārejas režīmus.

Vairākās ierīcēs pārejas procesu rašanās parasti ir nevēlama un bīstama, pārejas režīmu aprēķins šajos gadījumos ļauj noteikt iespējamos pārspriegumus un strāvas palielinājumus, kas var būt daudzkārt lielāki par stacionāra spriegumiem un strāvām. režīmā. Tas ir īpaši svarīgi shēmām ar ievērojamu induktivitāti vai lielu kapacitāti.

Pārejas procesa iemesli

Apskatīsim parādības, kas rodas elektriskajās ķēdēs, pārejot no viena stacionāra režīma uz otru.

Mēs iekļaujam kvēlspuldzi virknē, kas satur rezistoru R1, slēdzi B un pastāvīga sprieguma avotu E.Pēc slēdža aizvēršanas lampa nekavējoties iedegsies, jo kvēldiega sildīšana un tā mirdzuma spilgtuma palielināšanās ir acij neredzama. Nosacīti var pieņemt, ka šādā ķēdē stacionārā strāva ir vienāda ar Azo =E / (R1 + Rl), tā tiek uzstādīta gandrīz nekavējoties, kur Rl - lampas kvēldiega aktīvā pretestība.

Lineārās ķēdēs, kas sastāv no enerģijas avotiem un rezistoriem, pārejas, kas saistītas ar uzkrātās enerģijas izmaiņām, vispār nenotiek.

Rīsi. 1. Shēmas pārejas procesu ilustrēšanai: a — ķēde bez reaktīviem elementiem, b — ķēde ar induktors, c — ķēde ar kondensatoru.

Nomainiet rezistoru ar L spoli, kuras induktivitāte ir pietiekami liela. Pēc slēdža aizvēršanas jūs varat pamanīt, ka lampas spīduma spilgtums palielinās pakāpeniski. Tas parāda, ka spoles klātbūtnes dēļ strāva ķēdē pakāpeniski sasniedz līdzsvara stāvokļa vērtību. I'about =E / (rDa se + Rl), kur rk — spoles tinuma aktīvā pretestība.

Nākamais eksperiments tiks veikts ar ķēdi, kas sastāv no pastāvīga sprieguma avota, rezistoriem un kondensatora, kuram paralēli pievienojam voltmetru (1. att., c). Ja kondensatora kapacitāte ir pietiekami liela (vairāki desmiti mikrofaradu) un katra rezistora R1 un R2 pretestība ir vairāki simti kiloomu, tad pēc slēdža aizvēršanas voltmetra adata sāk vienmērīgi novirzīties un tikai pēc tam. dažas sekundes tas tiek iestatīts uz atbilstošu skalas iedalījumu.

Tāpēc spriegums kondensatorā, kā arī strāva ķēdē tiek noteikts salīdzinoši ilgu laiku (pašas mērierīces inerci šajā gadījumā var neņemt vērā).

Kas neļauj momentāni izveidot stacionāru režīmu ķēdēs, kas parādītas att. 1, b, c un pārejas procesa iemesls?

Iemesls tam ir elektrisko ķēžu elementi, kas spēj uzglabāt enerģiju (tā sauktie reaktīvie elementi): induktors (1. att., b) un kondensators (1. att., c).

Pārejošu procesu rašanās ir saistīta ar enerģijas rezervju izmaiņu īpatnībām ķēdes reaktīvajos elementos... Induktora L magnētiskajā laukā uzkrāto enerģijas daudzumu, kurā plūst strāva iL, izsaka ar formula: WL = 1/2 (LiL2)

Enerģija, kas uzkrāta kondensatora ar kapacitāti C, kas uzlādēts līdz spriegumam ti° C, elektriskajā laukā ir vienāda ar: W° C = 1/2 (Cu° C2)

Tā kā magnētiskās enerģijas WL padevi nosaka strāva spolē iL un elektriskā enerģija W° C — spriegums kondensatorā ti° C, tad visās elektriskajās ķēdēs, jebkurās trīs komutācijās, tiek ievēroti divi pamatnoteikumi: spoles strāva. un kondensatora spriegumu tie nevar krasi mainīties... Dažkārt šie noteikumi ir formulēti dažādi, proti: spoles plūsmas un kondensatora lādiņa attiecības var mainīties tikai gludi, bez lēcieniem.

Fiziski pārejas režīmi ir ķēdes enerģijas stāvokļa pārejas procesi no pirmskomutācijas režīma uz pēckomutācijas režīmu. Katrs ķēdes stacionārais stāvoklis ar reaktīviem elementiem atbilst noteiktam elektrisko un magnētisko lauku enerģijas daudzumam.Pāreja uz jaunu stacionāru režīmu ir saistīta ar šo lauku enerģijas palielināšanos vai samazināšanos, un to pavada pārejoša procesa parādīšanās, kas beidzas, tiklīdz enerģijas piegādes izmaiņas apstājas. Ja pārslēgšanas laikā ķēdes enerģijas stāvoklis nemainās, tad pārejas nerodas.

Pārslēgšanās laikā tiek novēroti pārejoši procesi, kad mainās stacionārais režīms elektriskā ķēde, kurā ir elementi, kas spēj uzkrāt enerģiju. Pārejas notiek šādu darbību laikā:

a) ķēdes ieslēgšana un izslēgšana,

b) īssavienojums atsevišķi ķēdes zari vai elementi,

c) zaru vai ķēdes elementu atvienošana vai pievienošana utt.

Turklāt pārejas periodi rodas, kad impulsu signāli tiek ievadīti elektriskās ķēdēs.