Elektrik devresindeki geçici süreçler

Geçici süreçler alışılmadık değildir ve yalnızca elektrik devrelerinin özelliği değildir. Bu tür fenomenlerin meydana geldiği çeşitli fizik ve teknoloji alanlarından bir dizi örnek verilebilir.

Örneğin bir kaba dökülen sıcak su kademeli olarak soğutulur ve sıcaklığı başlangıç ​​değerinden ortam sıcaklığına eşit bir denge değerine değişir. Dinlenme durumundan getirilen bir sarkaç, sönümleme salınımları gerçekleştirir ve sonunda orijinal durağan durumuna geri döner. Bir elektrikli ölçüm cihazı bağlandığında, iğnesi, karşılık gelen ölçek bölümünde durmadan önce, ölçekte bu nokta etrafında birkaç salınım yapar.

Elektrik devresinin durağan ve geçici modu

süreçleri analiz ederken, elektrik devreleri iki çalışma moduyla karşılaşmalısınız: yerleşik (durağan) ve geçici.

Sabit voltaj (akım) kaynağına bağlı bir elektrik devresinin durağan modu, devrenin ayrı dallarındaki akımların ve gerilimlerin zaman içinde sabit olduğu bir moddur.

Alternatif bir akım kaynağına bağlı bir elektrik devresinde, durağan durum, dallardaki akım ve gerilimlerin anlık değerlerinin periyodik olarak tekrarlanması ile karakterize edilir... Devrelerin teorik olarak devam edebilen durağan modlardaki tüm çalışma durumlarında süresiz olarak, aktif sinyalin parametrelerinin (gerilim veya akım) ve ayrıca devrenin yapısının ve elemanlarının parametrelerinin değişmediği varsayılır.

Sabit moddaki akımlar ve gerilimler, harici etkinin türüne ve elektriksel hedefin parametrelerine bağlıdır.

Geçici mod (veya geçici süreç), bir durağan durumdan diğerine geçiş sırasında bir elektrik devresinde meydana gelen, bir şekilde öncekinden farklı olan bir mod ve bu moda eşlik eden voltajlar ve akımlar - geçici voltajlar ve akımlar... Bir devrenin sabit durumundaki bir değişiklik, bir dış etki kaynağının açılıp kapatılması da dahil olmak üzere, değişen dış sinyallerin bir sonucu olarak meydana gelebilir veya devrenin kendisinde anahtarlamadan kaynaklanabilir.

Bir elektrik devresinde geçici bir durumun oluşmasına neden olan herhangi bir değişikliğe komütasyon denir.

Bir elektrik devresinin anahtarlanması - bir yarı iletken cihazın (GOST 18311-80) bağlantısını keserek elektrik devresi elemanlarının elektrik bağlantılarını değiştirme işlemi.

Çoğu durumda, anahtarlamanın anında gerçekleştiğini varsaymak teorik olarak kabul edilebilir, yani; devrede çeşitli anahtarlamalar fazla zaman almadan gerçekleştirilir. Diyagramlarda anahtarlama işlemi genellikle anahtarın yanında bir okla gösterilir.

Gerçek devrelerdeki geçici süreçler hızlıdır... Süreleri saniyenin onda biri, yüzde biri ve genellikle milyonda biri kadardır. Nispeten nadiren, bu işlemlerin süresi birkaç saniyeye ulaşır.

Doğal olarak, bu kadar kısa süreli geçici rejimleri hesaba katmanın genellikle gerekli olup olmadığı sorusu ortaya çıkıyor. Cevap, yalnızca her özel durum için verilebilir, çünkü farklı koşullar altında rolleri aynı değildir. Elektrik devresine etki eden sinyallerin süresi geçici modların süresiyle orantılı olduğunda, darbe sinyallerinin yükseltilmesi, oluşturulması ve dönüştürülmesi için tasarlanmış cihazlarda bunların önemi özellikle büyüktür.

Geçici olaylar, doğrusal devrelerden geçerken darbelerin şeklinin bozulmasına neden olur. Elektrik devrelerinin durumunda sürekli bir değişimin olduğu otomasyon cihazlarının hesaplanması ve analizi, geçici modlar dikkate alınmadan düşünülemez.

Bir dizi cihazda, geçici süreçlerin meydana gelmesi genellikle istenmeyen ve tehlikelidir.Bu durumlarda geçici modların hesaplanması, sabit cihazların gerilim ve akımlarından birçok kez daha yüksek olabilen olası aşırı gerilimlerin ve akım artışlarının belirlenmesini mümkün kılar. mod. Bu, özellikle önemli endüktans veya yüksek kapasitanslı devreler için önemlidir.

Geçiş sürecinin nedenleri

Bir sabit moddan diğerine geçiş sırasında elektrik devrelerinde meydana gelen olayları ele alalım.

Akkor lambayı, bir direnç R1, bir anahtar B ve bir sabit voltaj kaynağı E içeren bir seri devreye dahil ediyoruz.Anahtar kapatıldıktan sonra, filamanın ısınması ve parlamasının parlaklığının artması gözle görülemeyeceği için lamba hemen yanacaktır. Şartlı olarak, böyle bir devrede sabit akımın Azo =E / (R1 + Rl)'ye eşit olduğu varsayılabilir, hemen hemen kurulur, burada Rl - lamba filamanının aktif direnci.

Enerji kaynakları ve dirençlerden oluşan lineer devrelerde, depolanan enerjideki bir değişiklikle ilgili geçişler hiç oluşmaz.

Pirinç. 1. Geçici süreçleri gösteren şemalar: a - reaktif elemanları olmayan devre, b - indüktörlü devre, c - kapasitörlü devre.

Direnci, endüktansı yeterince büyük olan bir L bobiniyle değiştirin. Anahtarı kapattıktan sonra, lamba parlaklığının kademeli olarak arttığını fark edebilirsiniz. Bu, bir bobinin varlığından dolayı devredeki akımın kademeli olarak kararlı durum değerine ulaştığını gösterir. I'yaklaşık =E / (rDa se + Rl), burada rk — bobin sargısının aktif direnci.

Bir sonraki deney, paralel olarak bir voltmetre bağladığımız bir sabit voltaj kaynağı, dirençler ve bir kapasitörden oluşan bir devre ile gerçekleştirilecektir (Şekil 1, c). Kapasitörün kapasitesi yeterince büyükse (birkaç on mikrofarad) ve R1 ve R2 dirençlerinin her birinin direnci birkaç yüz kilo-ohm ise, anahtarı kapattıktan sonra voltmetrenin iğnesi düzgün bir şekilde sapmaya başlar ve ancak bundan sonra birkaç saniye sonra ölçeğin uygun bölümüne ayarlanır.

Bu nedenle, kapasitördeki voltaj ve devredeki akım nispeten uzun bir süre boyunca kurulur (bu durumda ölçüm cihazının eylemsizliği ihmal edilebilir).

Şek. 1, b, c ve geçiş sürecinin nedeni?

Bunun nedeni, enerji depolayabilen elektrik devrelerinin elemanlarıdır (reaktif elemanlar olarak adlandırılır): bobin (Şekil 1, b) ve kondansatör (Şekil 1, c).

Geçici süreçlerin ortaya çıkışı, devrenin reaktif elemanlarındaki enerji rezervlerindeki değişikliklerin özellikleriyle ilişkilidir... Akımın aktığı L indüktörünün manyetik alanında depolanan enerji miktarı iL, şu şekilde ifade edilir: formül: WL = 1/2 (LiL2)

C kapasiteli bir kondansatörün ti° C voltajına yüklenen elektrik alanında biriken enerji şuna eşittir: W° C = 1/2 (Cu° C2)

Manyetik enerjinin (WL) arzı bobindeki akım (iL) ve elektrik enerjisi (W° C) - kapasitördeki voltaj (ti° C) tarafından belirlendiğinden, tüm elektrik devrelerinde herhangi üç komütasyonda iki temel hüküm gözlenir: bobin akımı ve kapasitör voltajı keskin bir şekilde değiştiremezler... Bazen bu düzenlemeler farklı şekilde formüle edilir, yani: bobin akısı ile kapasitör şarjı arasındaki ilişki, sıçramalar olmadan yalnızca sorunsuz bir şekilde değişebilir.

Fiziksel olarak, geçiş modları, devrenin enerji durumunun ön komütasyon modundan komütasyon sonrası moduna geçiş süreçleridir. Reaktif elemanlara sahip bir devrenin her durağan durumu, elektrik ve manyetik alanların belirli bir enerji miktarına karşılık gelir.Yeni bir durağan moda geçiş, bu alanların enerjisindeki bir artış veya azalma ile ilişkilidir ve buna, enerji arzındaki değişiklik durur durmaz sona eren geçici bir sürecin ortaya çıkması eşlik eder. Anahtarlama sırasında devrenin enerji durumu değişmezse, hiçbir geçiş meydana gelmez.

Enerji depolayabilen elemanlara sahip bir elektrik devresinin durağan modu değiştiğinde anahtarlama sırasında geçici süreçler gözlenir. Geçişler aşağıdaki işlemler sırasında gerçekleşir:

a) devreyi açma ve kapatma,

B) kısa devre zincirin bireysel dalları veya elemanları,

c) branşmanların veya devre elemanlarının vb. bağlantısının kesilmesi veya bağlanması.

Ek olarak, elektrik devrelerine darbe sinyalleri uygulandığında geçici olaylar meydana gelir.