Pereinamieji procesai elektros grandinėje
Pereinamieji procesai nėra neįprasti ir būdingi ne tik elektros grandinėms. Galima pateikti nemažai pavyzdžių iš įvairių fizikos ir technologijų sričių, kur tokie reiškiniai pasitaiko.
Pavyzdžiui, į indą pilamas karštas vanduo palaipsniui atšaldomas, o jo temperatūra nuo pradinės reikšmės keičiasi į pusiausvyros vertę, lygią aplinkos temperatūrai. Iš ramybės būsenos atnešta švytuoklė atlieka slopinančius svyravimus ir galiausiai grįžta į pradinę stacionarią stacionarią būseną. Kai prijungiamas elektrinis matavimo prietaisas, jo adata, prieš sustodama ties atitinkamu skalės tašku, keletą kartų svyruoja aplink šį skalės tašką.
Stacionarus ir pereinamasis elektros grandinės režimas
Analizuojant procesus in elektros grandinės turėtumėte susidurti su dviem veikimo režimais: nustatytas (stacionarus) ir trumpalaikis.
Stacionarus elektros grandinės režimas, prijungtas prie nuolatinės įtampos (srovės) šaltinio, yra režimas, kai srovės ir įtampa atskirose grandinės atšakose laikui bėgant yra pastovi.
Elektros grandinėje, prijungtoje prie kintamosios srovės šaltinio, stacionariai būsenai būdingas periodiškas srovių ir įtampų momentinių verčių kartojimas šakose... Visais grandinių veikimo stacionariais režimais atvejais, kurie teoriškai gali tęstis neribotą laiką, daroma prielaida, kad aktyvaus signalo parametrai (įtampa arba srovė), taip pat grandinės sandara ir jos elementų parametrai nesikeičia.
Srovės ir įtampa stacionariame režime priklauso nuo išorinio poveikio tipo ir elektrinio taikinio parametrų.
Pereinamuoju režimu (arba pereinamuoju procesu) vadinamas režimas, atsirandantis elektros grandinėje pereinant iš vienos stacionarios būsenos į kitą, kuri kažkaip skiriasi nuo ankstesnės, ir šį režimą lydinčios įtampos ir srovės - pereinamosios įtampos ir srovės... Pastovios grandinės būsenos pokytis gali atsirasti dėl kintančių išorinių signalų, įskaitant išorinio poveikio šaltinio įjungimą arba išjungimą, arba jį gali sukelti persijungimas pačioje grandinėje.
Elektros grandinės perjungimas - elektros grandinės elementų elektros jungčių perjungimo procesas, atjungiamas puslaidininkinis įtaisas (GOST 18311-80).
Daugeliu atvejų teoriškai leistina manyti, kad perjungimas vyksta akimirksniu, t.y. įvairūs jungikliai grandinėje atliekami neužimant daug laiko. Perjungimo procesas diagramose paprastai rodomas rodykle šalia jungiklio.
Pereinamieji procesai realiose grandinėse yra greiti... Jų trukmė – dešimtosios, šimtosios ir dažnai milijoninės sekundės dalys. Palyginti retai šių procesų trukmė siekia kelias sekundes.
Žinoma, kyla klausimas, ar apskritai būtina atsižvelgti į trumpalaikius laikinuosius režimus. Atsakymas gali būti pateiktas tik kiekvienu konkrečiu atveju, nes skirtingomis sąlygomis jų vaidmuo nėra vienodas. Jų reikšmė ypač didelė įrenginiuose, skirtuose impulsiniams signalams stiprinti, formuoti ir konvertuoti, kai elektros grandinę veikiančių signalų trukmė yra proporcinga pereinamųjų režimų trukmei.
Dėl pereinamųjų impulsų iškraipoma impulsų forma, kai jie praeina tiesinėmis grandinėmis. Automatikos įrenginių, kuriuose nuolat keičiasi elektros grandinių būsena, skaičiavimas ir analizė neįsivaizduojamas neatsižvelgiant į pereinamuosius režimus.
Kai kuriuose įrenginiuose pereinamieji procesai paprastai yra nepageidautini ir pavojingi, apskaičiavus pereinamuosius režimus šiais atvejais galima nustatyti galimus viršįtampius ir srovės padidėjimus, kurie gali būti daug kartų didesni už stacionarių įrenginių įtampas ir sroves. režimu. Tai ypač svarbu grandinėms, turinčioms didelę induktyvumą arba didelę talpą.
Perėjimo proceso priežastys
Panagrinėkime reiškinius, vykstančius elektros grandinėse pereinant iš vieno stacionaraus režimo į kitą.
Kaitrinę lempą įtraukiame į nuoseklią grandinę, kurioje yra rezistorius R1, jungiklis B ir nuolatinės įtampos šaltinis E.Uždarius jungiklį, lempa iškart užsidegs, nes kaitinamojo siūlelio įkaitimas ir jo švytėjimo ryškumo padidėjimas akiai nepastebimas. Sąlygiškai galima daryti prielaidą, kad tokioje grandinėje stacionari srovė yra lygi Azo =E / (R1 + Rl), ji montuojama beveik iš karto, kur Rl - lempos kaitinamojo siūlo aktyvioji varža.
Linijinėse grandinėse, susidedančiose iš energijos šaltinių ir rezistorių, pereinamieji reiškiniai, susiję su sukauptos energijos pasikeitimu, apskritai nevyksta.
Ryžiai. 1. Schemos pereinamiesiems procesams iliustruoti: a — grandinė be reaktyviųjų elementų, b — grandinė su induktoriumi, c — grandinė su kondensatoriumi.
Pakeiskite rezistorių į L ritę, kurios induktyvumas yra pakankamai didelis. Uždarius jungiklį galite pastebėti, kad lempos švytėjimo ryškumas didėja palaipsniui. Tai rodo, kad dėl ritės buvimo grandinėje srovė palaipsniui pasiekia pastovią būseną. I'about =E / (rDa se + Rl), kur rk — ritės apvijos aktyvioji varža.
Kitas eksperimentas bus atliktas su grandine, susidedančia iš pastovios įtampos šaltinio, rezistorių ir kondensatoriaus, su kuria lygiagrečiai prijungiame voltmetrą (1 pav., c). Jei kondensatoriaus talpa yra pakankamai didelė (kelios dešimtys mikrofaradų) ir kiekvieno rezistoriaus R1 ir R2 varža keli šimtai kiloomų, tada, uždarius jungiklį, voltmetro rodyklė pradeda sklandžiai nukrypti ir tik po to. po kelių sekundžių jis nustatomas į atitinkamą skalės padalą.
Todėl įtampa kondensatoriuje, kaip ir srovė grandinėje, nusistovi gana ilgam laikui (šiuo atveju galima nepaisyti paties matavimo prietaiso inercijos).
Kas neleidžia akimirksniu nustatyti stacionarų režimą pav. grandinėse. 1, b, c ir perėjimo proceso priežastis?
To priežastis yra elektros grandinių elementai, galintys kaupti energiją (vadinamieji reaktyvieji elementai): induktorius (1 pav., b) ir kondensatorius (1 pav., c).
C talpos kondensatoriaus, įkrauto iki įtampos ti° C, elektriniame lauke sukaupta energija yra lygi: W° C = 1/2 (Cu° C2)
Kadangi magnetinės energijos WL tiekimą lemia srovė ritėje iL, o elektros energija W° C — įtampa kondensatoriuje ti° C, tai visose elektros grandinėse, bet kokiuose trijuose komutavimuose, laikomasi dviejų pagrindinių nuostatų: ritės srovės. o kondensatoriaus įtampa jie negali staigiai keistis... Kartais šie reglamentai suformuluojami skirtingai, būtent: ritės srauto ir kondensatoriaus įkrovos santykis gali keistis tik sklandžiai, be šuolių.
Fiziškai pereinamieji režimai yra grandinės energijos būsenos perėjimo iš išankstinio komutavimo režimo į pokomutacinį režimą procesai. Kiekviena stacionari grandinės su reaktyviais elementais būsena atitinka tam tikrą elektrinių ir magnetinių laukų energijos kiekį.Perėjimas prie naujo stacionaraus režimo yra susijęs su šių laukų energijos padidėjimu arba sumažėjimu ir yra lydimas pereinamojo proceso, kuris baigiasi, kai tik nutrūksta energijos tiekimo pasikeitimas. Jei perjungimo metu grandinės energijos būsena nesikeičia, pereinamieji įvykiai nevyksta.
a) grandinės įjungimas ir išjungimas,
b) trumpas sujungimas atskiros grandinės šakos ar elementai,
c) šakų ar grandinės elementų atjungimas ar prijungimas ir kt.
Be to, pereinamieji įvykiai atsiranda, kai impulsiniai signalai perduodami elektros grandinėms.