Перехідні процеси в електричних колах

Перехідні процеси — процеси, що виникають в електричних ланцюгах за різних впливів, що переводять їх зі стаціонарного стану в новий стаціонарний стан, тобто, — при дії різного роду комутаційної апаратури, наприклад, ключів, перемикачів для увімкнення або вимкнення джерела або приймача енергії, при обривах у колі, за коротких замикань окремих ділянок кола тощо.

RC-ланцюг інтегрувального типу
Напруга на конденсаторі в інтегрувальному RC-ланцюзі при подачі східчастого збурення (функція Гевісайда) за нульового початкового заряду на конденсаторі

Наприклад, при підключенні розрядженого конденсатора до джерела напруги через резистор напруга на конденсаторі змінюється від 0 до за законом:

де  — стала часу.

Фізична причина виникнення перехідних процесів у ланцюгах — наявність у них котушок індуктивності та конденсаторів, тобто індуктивних та ємнісних елементів у відповідних схемах заміщення. Пояснюється це тим, що під час комутації (процес замикання або розмикання вимикачів) у колі енергія магнітного та електричного полів цих елементів не може змінюватися стрибком. Іншими словами, конденсатор не може запастися енергією миттєво, а якби міг, то для цього знадобилося б джерело енергії нескінченної потужності.

Стандартні ідеалізовані впливи під час аналізу відгуку математичної моделі кола — це східчаста функція Гевісайда та імпульсна функція Дірака.

Математично перехідний процес у колі описується диференціальним рівнянням :

  • неоднорідним (однорідним), якщо схема заміщення ланцюга містить (не містить) джерела ЕРС та струму;
  • лінійним (нелінійним) для лінійного (нелінійного) ланцюга.

Час встановлення у новий стаціонарний стан

Перехідні процеси можуть тривати від часток наносекунд до кількох років. Тривалість залежить від конкретного ланцюга. Наприклад, стала часу саморозряду конденсатора з полімерним діелектриком може досягати тисячоліття. Тривалість перебігу перехідного процесу визначає стала часу ланцюга.

Закони (правила) комутації

Перший закон комутації

Струм, що тече через індуктивний елемент безпосередньо до комутації дорівнює струму, що тече під час комутації, і струму через цей індуктивний елемент безпосередньо після комутації оскільки струм у котушці миттєво змінитися не може:

Другий закон комутації

Напруга на ємнісному елементі безпосередньо до комутації дорівнює напрузі під час комутації, і напрузі на ємнісному елементі безпосередньо після комутації оскільки неможливий стрибок напруги на конденсаторі:

При цьому струм у конденсаторі може змінюватися стрибкоподібно.

Примітка

  1.  — час безпосередньо до комутації;
  2.  — час безпосередньо під час комутації;
  3.  — час безпосередньо після комутації.

Початкові значення величин

Початкові значення (умови) — значення струмів і напруг у схемі при .

Напруги на індуктивних елементах і резистори, а також струми, що течуть через конденсатори і резистори, можуть змінюватися стрибком, тобто їхні значення після комутації найчастіше виявляються не рівними їхнім значенням до комутації .

Незалежні початкові значення — це значення струмів, що течуть через індуктивні елементи, і напруги на конденсаторах, відомі з докомутаційного режиму.

Залежні початкові значення — це значення інших струмів і напруг при у післякомутаційній схемі, що визначаються за незалежними початковими значеннями із законів Кірхгофа.

Методи розрахунку перехідних процесів

  • Класичний метод (розв'язання диференціальних рівнянь зі сталими параметрами методами класичної математики).
  • Операторний метод (перенесення розрахунку перехідного процесу з галузі функцій дійсної змінної (часу ) в галузь функцій комплексної змінної, в якій диференціальні рівняння перетворюються на алгебричні).
  • Метод змінних стану (складання та розв'язання системи диференціальних рівнянь першого порядку, розв'язаної відносно похідних. Число змінних станів дорівнює числу незалежних накопичувачів енергії).

Див. також

Література

  • Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
  • Бессонов Л. А. Гл. 8. Переходные процессы в линейных электрических цепях // Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник. — 11-е изд., перераб. и доп. — М. : «Гардарики», 2007. — С. 231, 235—236. — 5000 прим. — ISBN 5-8297-0046-8, ББК 31.21, УДК 621.3.013(078.5).

Посилання

🔥 Top keywords: Головна сторінкаЧемпіонат Європи з футболу 2024Спеціальна:ПошукВікіпедія:Культурна спадщина та видатні постаті (2024)Збірна України з футболуБріджертониЧемпіонат Європи з футболу 2020YouTubeУкраїнаЧемпіонат Європи з футболуЗбірна Румунії з футболуРебров Сергій СтаніславовичГлобальний саміт мируРадіо «Свобода»ДефолтРумуніяЛунін Андрій ОлексійовичНаціональна суспільна телерадіокомпанія УкраїниДень батькаДовбик Артем ОлександровичШевченко Андрій МиколайовичЯрмоленко Андрій МиколайовичЧемпіонат Європи з футболу 2024 (кваліфікаційний раунд)Мудрик Михайло Петрович138-ма зенітна ракетна бригада (Україна)FacebookЄрмак Андрій БорисовичСексВійськові звання України22-га окрема механізована бригада (Україна)Зінченко Олександр ВолодимировичТериторіальний центр комплектування та соціальної підтримкиДумками навиворіт 2Чемпіонат Європи з футболу 2016Список операторів систем розподілу України2024 у телебаченніMegogoСписок українських жіночих іменКиїв