Прелазни процеси у електричном колу
Прелазни процеси нису необични и карактеристични су не само за електрична кола. Може се навести велики број примера из различитих области физике и технологије где се такве појаве јављају.
На пример, топла вода која се сипа у посуду постепено се хлади и њена температура се мења од почетне вредности до равнотежне вредности једнаке температури околине. Клатно доведено из стања мировања врши пригушене осцилације и на крају се враћа у првобитно стационарно стање. Када је електрични мерни уређај прикључен, његова игла, пре него што се заустави на одговарајућој подели скале, прави неколико осцилација око ове тачке на скали.
Стационарни и прелазни режим електричног кола
Приликом анализе процеса у електрична кола требало би да наиђете на два начина рада: успостављени (стационарни) и пролазни.
Стационарни режим електричног кола прикљученог на извор константног напона (струје) је режим у коме су струје и напони у појединим гранама кола константни током времена.
У електричном колу спојеном на извор наизменичне струје, стационарно стање карактерише периодично понављање тренутних вредности струја и напона у гранама... У свим случајевима рада кола у стационарним режимима, који се теоретски могу наставити неограничено, претпоставља се да се параметри активног сигнала (напон или струја), као и структура кола и параметри његових елемената, не мењају.
Струје и напони у стационарном режиму зависе од врсте спољашњег утицаја и од параметара електричног циља.
Пролазним режимом (или прелазним процесом) се назива режим који се јавља у електричном колу током преласка из једног стационарног стања у друго, који се на неки начин разликује од претходног, а напони и струје који прате овај режим — прелазни напони и струје... Промена стационарног стања кола може настати као резултат промене спољашњих сигнала, укључујући укључивање или искључивање извора спољашњег утицаја, или може бити узрокована укључивањем у самом колу.
Пребацивање електричног кола — процес пребацивања електричних спојева елемената електричног кола, искључивање полупроводничког уређаја (ГОСТ 18311-80).
У већини случајева, теоретски је дозвољено претпоставити да се пребацивање одвија тренутно, тј. разни прекидачи у колу се изводе без одузимања много времена. Процес пребацивања на дијаграмима је обично приказан стрелицом у близини прекидача.
Прелазни процеси у реалним колима су брзи... Њихово трајање је десетинке, стотинке и често милионити делови секунде. Релативно ретко, трајање ових процеса достиже неколико секунди.
Наравно, поставља се питање да ли је уопште потребно водити рачуна о пролазним режимима тако кратког трајања. Одговор се може дати само за сваки конкретан случај, јер под различитим условима њихова улога није иста. Њихов значај је посебно велики у уређајима дизајнираним за појачавање, формирање и конверзију импулсних сигнала, када је трајање сигнала који делују на електрично коло сразмерно трајању прелазних режима.
Транзијенти узрокују изобличење облика импулса док пролазе кроз линеарна кола. Прорачун и анализа уређаја за аутоматизацију, где постоји континуирана промена стања електричних кола, незамисливи су без узимања у обзир прелазних режима.
Код већег броја уређаја појава прелазних процеса је генерално непожељна и опасна.Прорачун прелазних режима у овим случајевима омогућава утврђивање могућих пренапона и повећања струје, који могу бити вишеструко већи од напона и струја стационара. режим. Ово је посебно важно за кола са значајном индуктивношћу или високим капацитетом.
Разлози за процес транзиције
Хајде да размотримо појаве које се јављају у електричним колима при преласку из једног стационарног режима у други.
Укључујемо лампу са жарном нити у серијско коло које садржи отпорник Р1, прекидач Б и извор константног напона Е.Након затварања прекидача, лампа ће се одмах упалити, јер су загревање филамента и повећање осветљености његовог сјаја невидљиви за око. Условно, може се претпоставити да је у таквом колу стационарна струја једнака Азо =Е / (Р1 + Рл), готово одмах се инсталира, где је Рл — активни отпор жарне нити лампе.
У линеарним колима која се састоје од извора енергије и отпорника, транзијенти повезани са променом ускладиштене енергије уопште се не јављају.
Пиринач. 1. Шеме за илустрацију прелазних процеса: а — коло без реактивних елемената, б — коло са индуктором, в — коло са кондензатором.
Замените отпорник са Л калемом чија је индуктивност довољно велика. Након затварања прекидача, можете приметити да је повећање осветљености светла лампе постепено. Ово показује да због присуства намотаја струја у колу постепено достиже своју стабилну вредност. И'абоут =Е / (рДа се + Рл), где је рк — активни отпор намотаја намотаја.
Следећи експеримент ће бити изведен са колом које се састоји од извора константног напона, отпорника и кондензатора, паралелно са којим повезујемо волтметар (сл. 1, в). Ако је капацитет кондензатора довољно велик (неколико десетина микрофарада) и отпор сваког од отпорника Р1 и Р2 неколико стотина кило-ома, онда након затварања прекидача, игла волтметра почиње глатко да одступа и тек након неколико секунди се поставља на одговарајућу поделу скале.
Због тога се напон у кондензатору, као и струја у колу, успоставља на релативно дуг временски период (инерција самог мерног уређаја у овом случају се може занемарити).
Оно што спречава тренутно успостављање стационарног режима у колима на сл. 1, б, ц и разлог за процес транзиције?
Разлог за то су елементи електричних кола способних за складиштење енергије (тзв. реактивни елементи): индуктор (слика 1, б) и кондензатор (слика 1, ц).
Енергија акумулирана у електричном пољу кондензатора капацитета Ц напуњеног до напона ти° Ц једнака је: В° Ц = 1/2 (Цу° Ц2)
Пошто је снабдевање магнетном енергијом ВЛ одређено струјом у калему иЛ и електричном енергијом В° Ц — напоном у кондензатору ти° Ц, онда се у свим електричним колима, било које три комутације, поштују две основне одредбе: струја завојнице а напон кондензатора не могу нагло да се мењају... Понекад су ти прописи другачије формулисани, наиме: однос флукса калема и наелектрисања кондензатора може се мењати само глатко, без скокова.
Физички, прелазни режими су процеси преласка енергетског стања кола из предкомутационог режима у посткомутациони режим. Сваком стационарном стању кола са реактивним елементима одговара одређена количина енергије електричног и магнетног поља.Прелазак на нови стационарни режим повезан је са повећањем или смањењем енергије ових поља и праћен је појавом пролазног процеса који се завршава чим престане промена у снабдевању енергијом. Ако се током пребацивања енергетско стање кола не промени, онда се не јављају транзијенти.
а) укључивање и искључивање кола,
б) кратак спој појединачни огранци или елементи ланца,
в) искључење или спајање грана или елемената кола итд.
Поред тога, прелазни процеси се јављају када се импулсни сигнали примењују на електрична кола.