Перехідна функція

Розглядаючи перехідні процеси в електричних ланцюгах, не можна не відзначити той факт, що подібні явища цілком закономірні і в якійсь мірі передбачувані. Мало того, кожна людина стикається з їх проявом в своєму повсякденному житті. Наприклад, у включеного в мережу нагрівального елементу (ТЕН електроплитки, масляний обігрівач) температура підвищується не безкінечне, а до певного значення, залежного від ряду факторів: таких, як температура навколишнього повітря, рівень вологості, характеристика дроту та ін. Відповідно, і охолодження відбувається до деякого сталого значення, а не до абсолютного нуля. Іншими словами, все фізичні явища умовно можуть бути розділені на перехідні і сталі. Перші є зміна між початковим і кінцевим усталеними.

Що таке перехідні процеси в електричних ланцюгах? При аналізі будь-якого контуру необхідно враховувати два можливих режими роботи: сталий і перехідний. Перший характеризується повторюваними за одиницю часу миттєвими значеннями змінного струму і напруги на всіх ділянках ланцюга. Перехідна функція більш прості для розуміння: коли такі зміни припиняються, то можна говорити про настання встановленого режиму. Слідство наступне: стан, при якому відсутні зміни, теоретично, може тривати необмежений час.

Перехідні процеси в лінійних електричних ланцюгах знайомі всім. Напевно, у кожного траплялося, що після клацання домашнім вимикачем лампа перегорала або навіть розліталася на осколки сама скляна колба. Причому, це може статися як з бюджетними лампами, так і з дорогими фірмовими. У цьому «винні» перехідні процеси в електричних ланцюгах. У даному випадку той клацання вимикачем послужив причиною змін, ініціював перехідний процес, званий комутацією (тобто перемиканням). Насправді причини можуть бути різні: зміна параметрів джерела живлення, зокрема коротке замикання, зовнішні впливи (магнітне поле, температура) та ін. Прямий розрахунок змінюються за одиницю часу напруги та струму можливий за допомогою складання диференціальних рівнянь і обчислення інтеграла. У формулах кількість похідних безпосередньо залежить від елементів самої ланцюга.

Оскільки зазвичай тривалість перехідного процесу обчислюється навіть не секундами, а сотими і тисячними частками секунди, то іноді виникає питання про доцільність розрахунків. Дійсно, що може трапитися за такий малий час? На жаль, це так лише частково, і практика показує, що досить багато. Наприклад, силові контакти пускачів завжди розраховані на набагато більший струм, ніж номінальний. Крім того, контакти часто закриваються дугогасильними камерами (решітками). Це пояснюється тим, що в момент комутації (включення / розриву ланцюга) струм зростає в десятки разів, і для усунення можливих наслідків застосовуються дані рішення.

Розглянемо перехідні процеси в rc ланцюгах. Для прикладу візьмемо контур, що складається з джерела живлення, пари резисторів (R1 і R2), конденсатора (С) і вольтметра (V), включеного паралельно. Якщо використовуваний конденсатор має ємність в десятки микрофарад, а опір R1 і R2 - по парі сотень кіло відповідно, то при включенні джерела стрілка вольтметра не відразу вкаже на діюче значення напруги, а поступово відхилиться від нуля. Даний перехідний процес обумовлений накопиченням заряду в ємності. Відповідно, сталий режим настає в той момент, коли припиняється споживання реактивної складової.