電気回路における過渡プロセス
過渡プロセスは珍しいことではなく、電気回路だけに特有のものではありません。このような現象が発生する例は、物理学や技術のさまざまな分野から数多く挙げられます。
たとえば、容器に注がれた熱水は徐々に冷却され、その温度は初期値から周囲温度と等しい平衡値まで変化します。静止状態から戻された振り子は減衰振動を行い、最終的には元の静止した静止状態に戻ります。電気測定装置が接続されると、その針は、対応する目盛りの目盛りで停止する前に、目盛り上のこの点の周囲で数回振動します。
電気回路の定常モードと過渡モード
プロセスを分析するとき、 電気回路 確立された (定常) モードと一時的なモードの 2 つの動作モードが発生するはずです。
定電圧 (電流) 源に接続された電気回路の定常モードは、回路の個々の分岐の電流と電圧が時間の経過とともに一定になるモードです。
交流電源に接続された電気回路では、定常状態は分岐内の電流と電圧の瞬時値が周期的に繰り返されることを特徴とします...定常モードでの回路動作のすべての場合において、理論的には継続することができますアクティブな信号 (電圧または電流) のパラメータ、および回路の構造とその要素のパラメータは無期限に変化しないと想定されます。
定常モードの電流と電圧は、外部影響の種類と電気的ターゲットのパラメータに依存します。
過渡モード (または過渡プロセス) は、ある定常状態から別の定常状態への移行中に電気回路で発生するモードと呼ばれ、前の状態とは何らかの形で異なります。また、このモードに伴う電圧と電流、つまり過渡電圧と電流も呼ばれます。電流... 回路の定常状態の変化は、外部影響源のオン/オフを含む外部信号の変化の結果として発生する場合もあれば、回路自体のスイッチングによって発生する場合もあります。
電気回路の切り替え — 電気回路の要素の電気的接続を切り替え、半導体デバイスを切断するプロセス (GOST 18311-80)。
ほとんどの場合、理論的には、切り替えが瞬時に行われると想定できます。回路内のさまざまなスイッチをそれほど時間をかけずに実行できます。図中の切り替えプロセスは通常、スイッチの近くの矢印で示されます。
実際の回路における過渡プロセスは高速です。その期間は 10 分の 1、100 分の 1、多くの場合は 100 万分の 1 秒です。比較的まれに、これらのプロセスの時間が数秒に達することがあります。
当然のことながら、このような短期間の一時的な状況を一般に考慮する必要があるのかという疑問が生じます。異なる条件下ではそれらの役割は同じではないため、答えは特定のケースごとにのみ与えられます。それらの重要性は、電気回路に作用する信号の持続時間が過渡モードの持続時間に比例する場合、パルス信号の増幅、形成、変換用に設計されたデバイスにおいて特に大きくなります。
過渡現象により、パルスが線形回路を通過するときにパルスの形状が歪みます。電気回路の状態が継続的に変化するオートメーション デバイスの計算と分析は、過渡モードを考慮せずには考えられません。
多くのデバイスでは、過渡プロセスの発生は一般に望ましくなく、危険です。このような場合の過渡モードを計算することで、定常デバイスの電圧や電流よりも何倍も高くなる可能性のある過電圧や電流の増加を判断することができます。モード。これは、大きなインダクタンスまたは高い静電容量を持つ回路では特に重要です。
移行プロセスの理由
ある定常モードから別の定常モードへの遷移中に電気回路で発生する現象を考えてみましょう。
抵抗器 R1、スイッチ B、定電圧源 E を含む直列回路に白熱灯を組み込みます。スイッチを閉じると、フィラメントの加熱とその輝きの増加は目に見えないため、ランプはすぐに点灯します。条件付きで、そのような回路では定常電流がAzo = E / (R1 + Rl)に等しいと仮定でき、それはほぼすぐに設置されます。ここで、Rl - ランプのフィラメントのアクティブ抵抗。
エネルギー源と抵抗器で構成される線形回路では、蓄積されたエネルギーの変化に伴う過渡現象はまったく発生しません。
米。 1. 過渡プロセスを示すスキーム: a — リアクタンス素子のない回路、b — インダクタのある回路、c — コンデンサのある回路。
抵抗をインダクタンスの大きいLコイルに交換してください。スイッチを閉じると、ランプの明るさが徐々に増加することがわかります。これは、コイルの存在により、回路内の電流が徐々に定常状態の値に達することを示しています。 I'about =E / (rDa se + Rl)、ここで、rkはコイル巻線のアクティブ抵抗です。
次の実験は、定電圧源、抵抗、コンデンサで構成され、それに並列に電圧計を接続した回路を使用して実行されます（図1、c）。コンデンサの容量が十分に大きく（数十マイクロファラッド）、抵抗器 R1 と R2 のそれぞれの抵抗が数百キロオームである場合、スイッチを閉じた後、電圧計の針が滑らかにずれ始め、その後にのみ電圧計の針が動き始めます。数秒で、スケールの適切な目盛りに設定されます。
したがって、回路内の電流と同様にコンデンサ内の電圧も比較的長期間にわたって確立されます（この場合の測定装置自体の慣性は無視できます）。
図の回路で定常モードが瞬時に確立されるのを妨げるものは何ですか。 1、b、c、および移行プロセスの理由は?
その理由は、エネルギーを蓄積できる電気回路の要素 (いわゆるリアクタンス要素) にあります。 インダクタ (図 1、b) および コンデンサ (図1、c)。
電圧 ti° C に充電された容量 C のコンデンサの電場に蓄積されるエネルギーは、次と等しくなります。 W° C = 1/2 (Cu° C2)
磁気エネルギー WL の供給は、コイルの電流 iL と電気エネルギー W°C - コンデンサーの電圧 ti°C によって決定されるため、すべての電気回路、任意の 3 つの整流では、2 つの基本規定が観察されます。コンデンサの電圧は急激に変化することはできません... 場合によっては、これらの規制は異なる方法で定式化されます。つまり、コイル磁束とコンデンサの電荷の関係は、ジャンプすることなく滑らかにのみ変化することができます。
物理的には、遷移モードは、回路のエネルギー状態が転流前モードから転流後モードに遷移するプロセスです。リアクタンス素子を含む回路の各定常状態は、一定量の電界および磁界のエネルギーに対応します。新しい定常モードへの移行は、これらの場のエネルギーの増加または減少に関連しており、エネルギー供給の変化が止まるとすぐに終了する過渡プロセスの出現を伴います。スイッチング中に回路のエネルギー状態が変化しない場合、過渡現象は発生しません。
a) 回路のオンとオフの切り替え、
b) 短絡 チェーンの個々の分岐または要素、
c) 分岐または回路要素などの切断または接続。
さらに、パルス信号が電気回路に印加されると過渡現象が発生します。