תהליכים חולפים במעגל החשמלי
תהליכים חולפים אינם יוצאי דופן והם אופייניים לא רק למעגלים חשמליים. ניתן להביא מספר דוגמאות מתחומים שונים של פיזיקה וטכנולוגיה שבהם מתרחשות תופעות כאלה.
לדוגמה, מים חמים שנשפכים למיכל מתקררים בהדרגה והטמפרטורה שלהם משתנה מערך התחלתי לערך שיווי משקל השווה לטמפרטורת הסביבה. מטוטלת שהובאה ממצב מנוחה מבצעת תנודות שיכוך ובסופו של דבר חוזרת למצב הנייח המקורי שלה. כאשר מכשיר מדידה חשמלי מחובר, המחט שלו, לפני עצירה בחלוקת הסולם המתאימה, מבצעת מספר תנודות סביב נקודה זו בסולם.
מצב נייח וחולף של המעגל החשמלי
כאשר מנתחים את התהליכים ב מעגלים חשמליים אתה אמור להיתקל בשני מצבי פעולה: מבוסס (נייח) וחולף.
המצב הנייח של מעגל חשמלי המחובר למקור מתח קבוע (זרם) הוא מצב שבו הזרמים והמתחים בענפים הבודדים של המעגל קבועים לאורך זמן.
במעגל חשמלי המחובר למקור זרם חילופין, המצב הנייח מאופיין בחזרה תקופתית על הערכים המיידיים של הזרמים והמתחים בענפים... בכל המקרים של הפעלת מעגלים במצבים נייחים, אשר תיאורטית יכולים להמשיך ללא הגבלת זמן, ההנחה היא שהפרמטרים של האות הפעיל (מתח או זרם), כמו גם מבנה המעגל והפרמטרים של האלמנטים שלו, אינם משתנים.
זרמים ומתחים במצב נייח תלויים בסוג ההשפעה החיצונית ובפרמטרים של המטרה החשמלית.
מצב חולף (או תהליך חולף) נקרא מצב המתרחש במעגל חשמלי במהלך המעבר ממצב נייח אחד למשנהו, השונה איכשהו מהקודם, והמתחים והזרמים הנלווים למצב זה - מתחים חולפים ו זרמים... שינוי במצב היציב של מעגל יכול להתרחש כתוצאה משינוי של אותות חיצוניים, לרבות הפעלה או כיבוי של מקור השפעה חיצוני, או שהוא יכול להיגרם על ידי מיתוג במעגל עצמו.
מיתוג מעגל חשמלי - תהליך מיתוג החיבורים החשמליים של מרכיבי המעגל החשמלי, ניתוק התקן מוליכים למחצה (GOST 18311-80).
ברוב המקרים, תיאורטית מותר להניח שהמעבר מתבצע באופן מיידי, כלומר. מתגים שונים במעגל מבוצעים מבלי לקחת הרבה זמן. תהליך המעבר בתרשימים מוצג בדרך כלל על ידי חץ ליד המתג.
תהליכים ארעיים במעגלים אמיתיים הם מהירים... משך הזמן שלהם הוא עשיריות, מאיות ולעיתים מיליוניות השנייה. לעתים רחוקות יחסית, משך התהליכים הללו מגיע למספר שניות.
מטבע הדברים, נשאלת השאלה האם בדרך כלל יש צורך לקחת בחשבון משטרים חולפים בעלי משך כה קצר. התשובה יכולה להינתן רק לכל מקרה ספציפי, שכן בתנאים שונים תפקידם אינו זהה. חשיבותם רבה במיוחד במכשירים המיועדים להגברה, יצירה והמרה של אותות פולסים, כאשר משך האותות הפועלים על המעגל החשמלי תואם את משך מצבי המעבר.
ארעיות גורמים לצורת הפולסים להתעוות כשהם עוברים דרך מעגלים ליניאריים. חישוב וניתוח של מכשירי אוטומציה, שבהם יש שינוי מתמשך במצב המעגלים החשמליים, אינו מתקבל על הדעת מבלי לקחת בחשבון מצבי חולף.
במספר מכשירים, התרחשות של תהליכים חולפים היא בדרך כלל לא רצויה ומסוכנת, חישוב מצבי המעבר במקרים אלו מאפשר לקבוע מתחי יתר ועליית זרם אפשריים, שיכולים להיות גבוהים פי כמה מהמתחים והזרמים של הנייחים מצב. זה חשוב במיוחד עבור מעגלים עם השראות משמעותית או קיבול גבוה.
הסיבות לתהליך המעבר
הבה נבחן את התופעות המתרחשות במעגלים חשמליים במהלך המעבר ממצב נייח אחד למשנהו.
אנו כוללים את מנורת הליבון במעגל סדרתי המכיל נגד R1, מתג B ומקור מתח קבוע E.לאחר סגירת המתג, המנורה תידלק מיד, שכן חימום החוט והעלייה בבהירות הזוהר שלו אינם נראים לעין. באופן מותנה, ניתן להניח כי במעגל כזה הזרם הנייח שווה ל-Azo =E / (R1 + Rl), הוא מותקן כמעט מיד, כאשר Rl - התנגדות פעילה של חוט המנורה.
במעגלים ליניאריים המורכבים ממקורות אנרגיה ומנגדים, חולפים הקשורים לשינוי באנרגיה מאוחסנת אינם מתרחשים כלל.
אורז. 1. סכמות להמחשת תהליכים חולפים: a - מעגל ללא אלמנטים תגובתיים, b - מעגל עם משרן, c - מעגל עם קבל.
החלף את הנגד בסליל L שההשראות שלו גדולה מספיק. לאחר סגירת המתג, ניתן להבחין שהעלייה בבהירות זוהר המנורה היא הדרגתית. זה מראה שבגלל נוכחותו של סליל, הזרם במעגל מגיע בהדרגה לערך המצב היציב שלו. I'about =E / (rDa se + Rl), כאשר rk - התנגדות אקטיבית של סליל הסליל.
הניסוי הבא יתבצע עם מעגל המורכב ממקור מתח קבוע, נגדים וקבלים, שבמקביל אליו נחבר מד מתח (איור 1, ג). אם הקיבולת של הקבל גדולה מספיק (כמה עשרות מיקרופארד) וההתנגדות של כל אחד מהנגדים R1 ו-R2 כמה מאות קילו אוהם, אז לאחר סגירת המתג, המחט של מד המתח מתחילה לסטות בצורה חלקה ורק לאחר כמה שניות הוא מוגדר לחלוקה המתאימה של הסולם.
לכן, המתח בקבל, כמו גם הזרם במעגל, נקבעים לפרק זמן ארוך יחסית (ניתן להזניח את האינרציה של מכשיר המדידה עצמו במקרה זה).
מה מונע הקמה מיידית של מצב נייח במעגלים של איור. 1, ב, ג והסיבה לתהליך המעבר?
הסיבה לכך היא האלמנטים של מעגלים חשמליים המסוגלים לאגור אנרגיה (מה שנקרא אלמנטים תגובתיים): מַשׁרָן (איור 1, ב) ו קַבָּל (איור 1, ג).
האנרגיה המצטברת בשדה החשמלי של קבל בקיבולת C הטעון למתח ti° C שווה ל: W° C = 1/2 (Cu° C2)
מכיוון שאספקת האנרגיה המגנטית WL נקבעת על ידי הזרם בסליל iL והאנרגיה החשמלית W° C - המתח בקבל ti° C, אז בכל המעגלים החשמליים, כל שלוש קומוטציות, נצפות שתי הוראות בסיסיות: זרם הסליל ואת מתח הקבל הם לא יכולים לשנות בחדות... לפעמים התקנות הללו מנוסחות אחרת, כלומר: היחס בין שטף הסליל ומטען הקבל יכול להשתנות רק בצורה חלקה, ללא קפיצות.
מבחינה פיזית, מצבי מעבר הם תהליכי מעבר של מצב האנרגיה של המעגל ממצב טרום-קומוטציה למצב שלאחר-קוממוטציה. כל מצב נייח של מעגל עם אלמנטים תגובתיים מתאים לכמות מסוימת של אנרגיה של שדות חשמליים ומגנטיים.המעבר למצב נייח חדש קשור לעלייה או ירידה באנרגיה של שדות אלו ומלווה בהופעת תהליך חולף המסתיים ברגע שהשינוי באספקת האנרגיה נפסק. אם במהלך המעבר מצב האנרגיה של המעגל אינו משתנה, אזי לא מתרחשים ארעיות.
א) הפעלה וכיבוי של המעגל,
ב) קצר סניפים או מרכיבים בודדים של הרשת,
ג) ניתוק או חיבור של ענפים או רכיבי מעגל וכו'.
בנוסף, זמני חלוף מתרחשים כאשר אותות דופק מופעלים על מעגלים חשמליים.