Mööduvad protsessid elektriahelas
Mööduvad protsessid ei ole ebatavalised ja on iseloomulikud mitte ainult elektriahelatele. Võib tuua mitmeid näiteid erinevatest füüsika ja tehnoloogia valdkondadest, kus sellised nähtused esinevad.
Näiteks anumasse valatud kuum vesi jahutatakse järk-järgult ja selle temperatuur muutub algväärtusest ümbritseva keskkonna temperatuuriga võrdseks tasakaaluväärtuseks. Puhkeseisundist toodud pendel sooritab summutavaid võnkumisi ja naaseb lõpuks algsesse statsionaarsesse olekusse. Kui elektriline mõõteseade on ühendatud, teeb selle nõel enne vastaval skaalajaotisel peatumist selle skaala punkti ümber mitu võnkumist.
Elektriahela statsionaarne ja siirderežiim
Protsesside analüüsimisel sisse elektriahelad peaksite kokku puutuma kahe töörežiimiga: väljakujunenud (statsionaarne) ja mööduv.
Konstantse pinge (voolu) allikaga ühendatud elektriahela statsionaarne režiim on režiim, mille korral voolud ja pinged vooluahela üksikutes harudes on ajas konstantsed.
Vahelduvvooluallikaga ühendatud elektriahelas iseloomustab statsionaarset olekut harude voolude ja pingete hetkeväärtuste perioodiline kordumine... Kõigil statsionaarsetes režiimides vooluahelate töötamise juhtudel, mis teoreetiliselt võib jätkuda piiramatult eeldatakse, et aktiivse signaali parameetrid (pinge või vool), samuti ahela struktuur ja selle elementide parameetrid ei muutu.
Statsionaarses režiimis olevad voolud ja pinged sõltuvad välismõju tüübist ja elektrilise sihtmärgi parameetritest.
Siirderežiimiks (ehk siirdeprotsessiks) nimetatakse režiimi, mis tekib elektriahelas üleminekul ühest paigalseisundist teise, mis erineb kuidagi eelmisest, ning sellega kaasnevaid pingeid ja voolusid — siirdepingeid ja voolud... Muutus vooluahela püsiseisundis võib toimuda väliste signaalide muutumise, sh välismõju allika sisse- või väljalülitamise tagajärjel või võib olla põhjustatud lülitusahelas endas.
Elektriahela lülitamine — elektriahela elementide elektriühenduste lülitamise protsess, pooljuhtseadme lahtiühendamine (GOST 18311-80).
Enamasti on teoreetiliselt lubatud eeldada, et lülitus toimub hetkeliselt, s.t. mitmesugused lülitid ahelas tehakse ilma palju aega võtmata. Lülitusprotsess diagrammidel on tavaliselt näidatud lüliti lähedal oleva noolega.
Transientprotsessid reaalsetes ahelates on kiired... Nende kestus on kümnendik, sajandik ja sageli ka miljondiksekund. Suhteliselt harva ulatub nende protsesside kestus mõne sekundini.
Loomulikult tekib küsimus, kas üldiselt on vaja arvestada nii lühiajaliste mööduvate režiimidega. Vastuse saab anda ainult iga konkreetse juhtumi kohta, kuna erinevatel tingimustel ei ole nende roll sama. Nende tähtsus on eriti suur impulsssignaalide võimendamiseks, moodustamiseks ja muundamiseks mõeldud seadmetes, kui elektriahelale mõjuvate signaalide kestus on võrdeline siirderežiimide kestusega.
Transiendid põhjustavad lineaarahelate läbimisel impulsside kuju moonutamist. Automaatikaseadmete arvutamine ja analüüs, kus elektriahelate olek muutub pidevalt, on mõeldamatu ilma siirderežiimideta.
Mitmetes seadmetes on siirdeprotsesside tekkimine üldiselt ebasoovitav ja ohtlik, nendel juhtudel võimaldab siirderežiimide arvutamine määrata võimalikud liigpinged ja voolu suurenemised, mis võivad olla mitu korda suuremad kui statsionaarsete seadmete pinged ja voolud. režiimis. See on eriti oluline olulise induktiivsusega või suure mahtuvusega ahelate puhul.
Üleminekuprotsessi põhjused
Vaatleme nähtusi, mis esinevad elektriahelates üleminekul ühest statsionaarsest režiimist teise.
Hõõglambi kaasame jadaahelasse, mis sisaldab takistit R1, lülitit B ja püsipingeallikat E.Pärast lüliti sulgemist süttib lamp kohe, kuna hõõgniidi kuumenemine ja selle heleduse suurenemine on silmale nähtamatud. Tinglikult võib eeldada, et sellises vooluringis on statsionaarne vool võrdne Azo =E / (R1 + Rl), see paigaldatakse peaaegu kohe, kus Rl - lambi hõõgniidi aktiivne takistus.
Energiaallikatest ja takistitest koosnevates lineaarsetes ahelates ei esine salvestatud energia muutumisega seotud siirdeid üldse.
Riis. 1. Skeemid siirdeprotsesside illustreerimiseks: a — ahel ilma reaktiivelementideta, b — ahel induktiivpooliga, c — ahel kondensaatoriga.
Asendage takisti L-pooliga, mille induktiivsus on piisavalt suur. Pärast lüliti sulgemist võite märgata, et lambi heledus suureneb järk-järgult. See näitab, et mähise olemasolu tõttu saavutab voolu vooluring järk-järgult oma püsiseisundi väärtuse. I'umbes =E / (rDa se + Rl), kus rk — mähise aktiivne takistus.
Järgmine katse viiakse läbi konstantse pinge allikast, takistitest ja kondensaatorist koosneva ahelaga, millega paralleelselt ühendame voltmeetri (joonis 1, c). Kui kondensaatori võimsus on piisavalt suur (mitukümmend mikrofaradi) ja takistite R1 ja R2 takistus on mitusada kilooomi, siis pärast lüliti sulgemist hakkab voltmeetri nõel sujuvalt kõrvale kalduma ja alles pärast seda. mõne sekundi pärast seatakse see skaala sobivale jaotusele.
Seetõttu on kondensaatori pinge ja ka vooluahela vool suhteliselt pikaks ajaks kehtestatud (sel juhul võib mõõteseadme enda inertsust tähelepanuta jätta).
Mis takistab statsionaarse režiimi kohest loomist joonisel fig. 1, b, c ja üleminekuprotsessi põhjus?
Selle põhjuseks on elektriahelate elemendid, mis on võimelised salvestama energiat (nn reaktiivelemendid): induktiivpool (joon. 1, b) ja kondensaator (Joon. 1, c).
Pingele ti° C laetud kondensaatori mahuga C elektrivälja akumuleeritud energia on võrdne: W° C = 1/2 (Cu° C2)
Kuna magnetenergia tarnimise WL määrab mähise vool iL ja elektrienergia W° C — pinge kondensaatoris ti° C, siis kõigis elektriahelates, mis tahes kolmes kommutatsioonis, järgitakse kahte põhisätet: pooli vool. ja kondensaatori pinget nad järsult muutuda ei saa... Mõnikord on need regulatsioonid sõnastatud erinevalt, nimelt: pooli voo ja kondensaatori laengu suhe saab muutuda ainult sujuvalt, ilma hüpeteta.
Füüsiliselt on üleminekurežiimid vooluahela energiaoleku ülemineku protsessid kommutatsioonieelsest režiimist kommutatsioonijärgsesse režiimi. Reaktiivsete elementidega ahela igale statsionaarsele olekule vastab teatud elektri- ja magnetvälja energia hulk.Üleminek uuele statsionaarsele režiimile on seotud nende väljade energia suurenemise või vähenemisega ja sellega kaasneb mööduva protsessi ilmnemine, mis lõpeb kohe, kui energiavarustuse muutus peatub. Kui lülitamise ajal ahela energiaseisund ei muutu, siis siirdeid ei toimu.
a) vooluringi sisse- ja väljalülitamine,
b) lühis ahela üksikud harud või elemendid,
c) harude või vooluahela elementide lahtiühendamine või ühendamine jne.
Lisaks tekivad siirded, kui elektriahelatele rakendatakse impulsssignaale.