ПЕРЕХО́ДНЫЕ ПРОЦЕ́ССЫ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ПЕРЕХО́ДНЫЕ ПРОЦЕ́ССЫ в электрических цепях, процессы установления в электрич. цепях нового режима, который отличается от предыдущего к.-л. параметром, напр. амплитудой, фазой, формой или частотой действующего в цепи напряжения, значениями параметров цепи. П. п. возникают при коммутации (замыкании или размыкании выключателей), при обрывах цепи или коротких замыканиях, при изменении параметров цепи и др. Физич. причина П. п. – происходящее из-за коммутации перераспределение энергии в катушках индуктивности и конденсаторах. Энергия электрич. и магнитного полей в этих элементах не может изменяться мгновенно. Ток через катушку индуктивности и заряд (напряжение) на конденсаторе не могут изменяться скачком, поэтому их значения до и сразу после коммутации равны.
Классич. метод анализа П. п. основан на решении дифференциальных уравнений, описывающих изменения токов и напряжений на участках электрич. цепи в П. п. При этом составляют уравнения состояния электрич. цепи по Ома закону и Кирхгофа правилам для мгновенных значений напряжений и токов, а также используют начальные условия, которые учитывают отсутствие скачка тока в катушках индуктивности и напряжения на конденсаторах. Так, напр., уравнение состояния цепи, содержащей источник постоянного напряжения $U_0$, конденсатор с электрич. ёмкостью $C$ и резистор с электрич. сопротивлением $R$ (рис., а), имеет вид:$$RC\frac{dU_C}{dt}+U_C=U_0,$$ где $U_C$ – напряжение на конденсаторе, $t$ – время. Решение данного уравнения, описывающее П. п., имеет вид (момент коммутации принят за начало отсчёта времени t=0): $$U_C(t)=U_0[1-\exp(-t/τ)],$$ где $τ=RC$ – постоянная времени $RC$-цепи. Ток в цепи при этом равен:$$I(t)=\frac{U_0}{R}\exp(-t/\tau).$$ Графики зависимостей $U_C(t)$ и $I(t)$ приведены на рис., б. Для более сложных электрич. цепей используют численные методы расчёта. Как видно из приведённых выражений, длительность П. п. теоретически равна бесконечности, практически же она составляет $3–4τ$. Обычно необходимо наименьшее время П. п. (импульсная техника, системы автоматич. регулирования и др.).
При П. п. на некоторых участках электрич. цепи могут возникать большие напряжения или токи (перенапряжения и сверхтоки), которые могут вызывать пробой изоляции и нарушать работу устройств вплоть до их выхода из строя. Перенапряжения на отд. участках электрич. цепи возникают при большой величине индуктивности. Если в такой цепи П. п. вызываются размыканием ключа, то между его расходящимися контактами при определённых условиях может возникать искровой или дуговой разряд. П. п. находят и полезное практич. применение, напр. в электрич. генераторах. Изучение П. п. позволяет установить, как искажаются электрич. сигналы при прохождении через разл. устройства (усилители, фильтры и др.), и имеет важное значение в радиотехнике, электронике и электротехнике.