Переходные процессы

Переходные процессы в электрических цепях, явления, возникающие при переходе от одного режима работы электрической цепи к другому, отличающемуся от предыдущего амплитудой, фазой, формой или частотой действующего в цепи напряжения, значениями параметров или конфигурацией цепи. П. п. возникают главным образом при коммутациях в электрических цепях и обусловлены тем, что ток, проходящий через катушку индуктивности, и напряжение на конденсаторе не могут изменяться скачком, то есть энергия электрического и магнитного полей в ёмкостных и индуктивных элементах цепи не может изменяться мгновенно.

  Теоретически П. п. длится неограниченно долго, так как напряжение и сила тока в электрической цепи после коммутации приближаются к конечному (установившемуся) значению и сила тока достигают значений, отличных от установившихся на 5—10%, что происходит за конечный, сравнительно короткий промежуток времени. Режим электрической цепи, который характеризуется постоянными или периодически изменяющимися токами и напряжениями, называется установившимся.

  Простейшим примером П. п. может служить зарядка конденсатора ёмкостью С (рис.) от источника постоянного тока (аккумулятора) с эдс(электродвижущая сила) Е и внутренним сопротивлением r через резистор R, ограничивающий ток в цепи. Начиная с момента времени t = 0, когда замыкается ключ, ток в цепи уменьшается по экспоненциальному закону, приближаясь к нулю, а напряжение увеличивается, асимптотически стремясь к значению, равному эдс(электродвижущая сила) источника. Скорость изменения напряжения и тока зависит от ёмкости конденсатора и сопротивления в цепи: чем больше ёмкость и сопротивление, тем длительнее процесс зарядки. Через интервал времени t = (R + r)×C, называемый постоянной времени зарядки конденсатора, напряжение на его обкладках достигает значения u_c = 0,63 Е, а сила тока i=0,37 I_o, где I_o — начальная сила тока, равная отношению эдс(электродвижущая сила) к сопротивлению цепи. Через интервал времени 5t u_c>0,99 Е, а сила тока i<0,01 I₀, и с погрешностью менее 1% П. п. можно считать закончившимся. За время П. п. энергия электрического поля конденсатора увеличивается от нуля до W_c= 1/2CE².

  Во время П. п. на отдельных участках цепи могут возникнуть напряжения и токи, значительно превышающие напряжения и токи установившегося режима, то есть перенапряжения и сверхтоки. При неправильном выборе оборудования перенапряжения могут привести к пробою изоляции, например в конденсаторах, трансформаторах, электрических машинах, а сверхтоки — к срабатыванию элементов защиты и отключению установки, к перегоранию приборов, обгоранию контактов, механическим повреждениям обмоток вследствие электродинамических усилий. П. п. играют исключительно важную роль в системах автоматического регулирования, в импульсной, вычислительной и измерительной технике, в электронике и радиотехнике и в электроэнергетике.

  Лит.: Основы теории цепей, М.— Л., 1965; Нейман Л. Р., Демирчян К. С., Теоретические основы электротехники, т. 1, Л., 1967; Гинзбург С. Г., Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях, 3 изд., М., 1967; Веников В. А., Переходные электромеханические процессы в электрических системах, М., 1970; Теоретические основы электротехники, ч. 1, М., 1972; Бессонов Л. А., Теоретические основы электротехники, М., 1973.

  Б. Я. Жуховицкий.

Схема зарядки конденсатора и изменение во времени тока в цепи зарядки (а) и напряжения на обкладках конденсатора (б): Е — эдс(электродвижущая сила); I₀ — начальная сила тока в цепи; К — ключ; R — ограничительный резистор; С — конденсатор; i — ток зарядки; u_c — напряжение на обкладках конденсатора; t — время; t — постоянная времени зарядки.