Proses sementara dalam litar elektrik

Proses sementara bukanlah sesuatu yang luar biasa dan merupakan ciri bukan sahaja bagi litar elektrik. Beberapa contoh boleh dipetik daripada pelbagai bidang fizik dan teknologi di mana fenomena tersebut berlaku.

Contohnya, air panas yang dituangkan ke dalam bekas disejukkan secara beransur-ansur dan suhunya berubah daripada nilai awal kepada nilai keseimbangan yang sama dengan suhu persekitaran. Bandul yang dibawa dari keadaan rehat melakukan ayunan redaman dan akhirnya kembali kepada keadaan pegun asalnya. Apabila alat pengukur elektrik disambungkan, jarumnya, sebelum berhenti di bahagian skala yang sepadan, membuat beberapa ayunan di sekitar titik ini pada skala.

Mod pegun dan sementara litar elektrik

Apabila menganalisis proses dalam litar elektrik anda harus menghadapi dua mod operasi: ditubuhkan (pegun) dan sementara.

Mod pegun litar elektrik yang disambungkan kepada sumber voltan malar (arus) ialah mod di mana arus dan voltan dalam cawangan individu litar adalah malar dari semasa ke semasa.

Dalam litar elektrik yang disambungkan kepada sumber arus ulang-alik, keadaan pegun dicirikan oleh pengulangan berkala nilai serta-merta arus dan voltan di cawangan... Dalam semua kes operasi litar dalam mod pegun, yang secara teorinya boleh diteruskan selama-lamanya, diandaikan bahawa parameter isyarat aktif (voltan atau arus), serta struktur litar dan parameter elemennya, tidak berubah.

Arus dan voltan dalam mod pegun bergantung pada jenis pengaruh luaran dan pada parameter sasaran elektrik.

Mod sementara (atau proses sementara) dipanggil mod yang berlaku dalam litar elektrik semasa peralihan dari satu keadaan pegun ke keadaan lain, yang entah bagaimana berbeza daripada yang sebelumnya, dan voltan dan arus yang mengiringi mod ini - voltan sementara dan arus... Perubahan dalam keadaan mantap litar boleh berlaku akibat perubahan isyarat luaran, termasuk menghidupkan atau mematikan sumber pengaruh luar, atau ia boleh disebabkan oleh pensuisan dalam litar itu sendiri.

Sebarang perubahan dalam litar elektrik yang menyebabkan berlaku sementara dipanggil komutasi.

Penukaran litar elektrik — proses menukar sambungan elektrik unsur-unsur litar elektrik, memutuskan sambungan peranti semikonduktor (GOST 18311-80).

Dalam kebanyakan kes, secara teorinya dibenarkan untuk menganggap bahawa penukaran berlaku serta-merta, i.e. pelbagai suis dalam litar dilakukan tanpa mengambil banyak masa. Proses pensuisan dalam rajah biasanya ditunjukkan oleh anak panah berhampiran suis.

Proses sementara dalam litar sebenar adalah pantas... Tempohnya ialah persepuluh, perseratus dan selalunya persejuta saat. Agak jarang, tempoh proses ini mencapai beberapa saat.

Sememangnya, persoalan timbul sama ada secara amnya perlu mengambil kira rejim sementara dalam tempoh yang singkat itu. Jawapan hanya boleh diberikan untuk setiap kes tertentu, kerana dalam keadaan yang berbeza peranan mereka tidak sama. Kepentingan mereka amat hebat dalam peranti yang direka untuk penguatan, pembentukan dan penukaran isyarat nadi, apabila tempoh isyarat yang bertindak pada litar elektrik adalah sepadan dengan tempoh mod sementara.

Transien menyebabkan bentuk nadi menjadi herot apabila ia melalui litar linear. Pengiraan dan analisis peranti automasi, di mana terdapat perubahan berterusan dalam keadaan litar elektrik, tidak dapat difikirkan tanpa mengambil kira mod sementara.

Dalam beberapa peranti, kejadian proses sementara secara amnya tidak diingini dan berbahaya. Pengiraan mod sementara dalam kes ini memungkinkan untuk menentukan kemungkinan lebihan voltan dan peningkatan arus, yang boleh berkali-kali lebih tinggi daripada voltan dan arus pegun mod. Ini amat penting untuk litar dengan kearuhan yang ketara atau kemuatan tinggi.

Sebab-sebab proses peralihan

Mari kita pertimbangkan fenomena yang berlaku dalam litar elektrik semasa peralihan dari satu mod pegun ke mod lain.

Kami memasukkan lampu pijar dalam litar bersiri yang mengandungi perintang R1, suis B dan sumber voltan malar E.Selepas suis ditutup, lampu akan segera menyala, kerana pemanasan filamen dan peningkatan kecerahan cahayanya tidak dapat dilihat oleh mata. Secara bersyarat, boleh diandaikan bahawa dalam litar sedemikian arus pegun adalah sama dengan Azo =E / (R1 + Rl), ia dipasang hampir serta-merta, di mana Rl — rintangan aktif filamen lampu.

Dalam litar linear yang terdiri daripada sumber tenaga dan perintang, transien yang berkaitan dengan perubahan dalam tenaga tersimpan tidak berlaku sama sekali.

nasi. 1. Skim untuk menggambarkan proses sementara: a — litar tanpa unsur reaktif, b — litar dengan induktor, c — litar dengan kapasitor.

Gantikan perintang dengan gegelung L yang kearuhannya cukup besar. Selepas menutup suis, anda dapat melihat bahawa peningkatan kecerahan cahaya lampu secara beransur-ansur. Ini menunjukkan bahawa disebabkan kehadiran gegelung, arus dalam litar secara beransur-ansur mencapai nilai keadaan mantapnya. I'about =E / (rDa se + Rl), di mana rk — rintangan aktif belitan gegelung.

Percubaan seterusnya akan dijalankan dengan litar yang terdiri daripada sumber voltan malar, perintang dan kapasitor, selari dengan mana kita menyambungkan voltmeter (Rajah 1, c). Sekiranya kapasiti kapasitor cukup besar (beberapa puluh mikrofarad) dan rintangan setiap perintang R1 dan R2 beberapa ratus kilo-ohm, maka selepas menutup suis, jarum voltmeter mula menyimpang dengan lancar dan hanya selepas beberapa saat ia ditetapkan kepada pembahagian skala yang sesuai.

Oleh itu, voltan dalam kapasitor, serta arus dalam litar, ditubuhkan untuk jangka masa yang agak lama (inersia peranti pengukur itu sendiri dalam kes ini boleh diabaikan).

Apakah yang menghalang penubuhan serta-merta mod pegun dalam litar rajah. 1, b, c dan sebab proses peralihan?

Sebabnya ialah unsur-unsur litar elektrik yang mampu menyimpan tenaga (unsur reaktif yang dipanggil): induktor (Rajah 1, b) dan kapasitor (Rajah 1, c).

Kejadian proses sementara dikaitkan dengan keanehan perubahan dalam rizab tenaga dalam unsur reaktif litar... Jumlah tenaga yang disimpan dalam medan magnet induktor L, di mana arus iL mengalir, dinyatakan oleh formula: WL = 1/2 (LiL2)

Tenaga terkumpul dalam medan elektrik pemuat berkapasiti C yang dicas pada voltan ti° C adalah sama dengan: W° C = 1/2 (Cu° C2)

Oleh kerana bekalan tenaga magnet WL ditentukan oleh arus dalam gegelung iL dan tenaga elektrik W° C — voltan dalam kapasitor ti° C, maka dalam semua litar elektrik, mana-mana tiga pertukaran, dua peruntukan asas diperhatikan: arus gegelung dan voltan kapasitor mereka tidak boleh berubah secara mendadak... Kadang-kadang peraturan ini dirumus secara berbeza, iaitu: hubungan fluks gegelung dan cas kapasitor hanya boleh berubah dengan lancar, tanpa lompatan.

Secara fizikal, mod peralihan ialah proses peralihan keadaan tenaga litar daripada mod pra-perubahan kepada mod pasca-perubahan. Setiap keadaan pegun litar dengan unsur reaktif sepadan dengan sejumlah tenaga medan elektrik dan magnet.Peralihan kepada mod pegun baharu dikaitkan dengan peningkatan atau penurunan dalam tenaga medan ini dan disertai dengan penampilan proses sementara yang berakhir sebaik sahaja perubahan dalam bekalan tenaga berhenti. Jika semasa menukar keadaan tenaga litar tidak berubah, maka tiada transien berlaku.

Proses sementara diperhatikan semasa pensuisan apabila mod pegun litar elektrik berubah, yang mempunyai unsur yang mampu menyimpan tenaga. Peralihan berlaku semasa operasi berikut:

a) menghidupkan dan mematikan litar,

b) litar pintas cawangan atau elemen rantaian individu,

c) pemotongan atau sambungan cawangan atau elemen litar, dsb.

Di samping itu, transien berlaku apabila isyarat nadi digunakan pada litar elektrik.