4. Переходные процессы в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами

4.1. Возникновение переходных процессов. Понятие о коммутации.

Большое значение при анализе электрических цепей имеют два режима работы: установившийся и переходный.

Установившийся режим может быть создан в цепи только независимыми, т.е. неуправляемыми, источниками энергии. Условиями существования установившегося режима являются: 1) большая длительность работы цепи с независимыми источниками энергии (теоретически бесконечно большая); 2) неизменность топологии цепи; 3) постоянство параметров ее пассивных элементов; 4) периодичность напряжения (тока) источников напряжения (тока) или их постоянство.

Если в цепи действуют постоянные источники электрической энергии, то во всех ветвях цепи установится режим постоянного тока, т.е. все токи и напряжения не будут изменяться с течением времени. При наличии в цепи источников гармонического напряжения или (и) тока все токи и напряжения будут изменяться также по гармоническому закону.

Если же ЭДС и токи источников энергии являются произвольными периодическими функциями, то токи и напряжения на всех участках цепи изменяются с таким же периодом.

Каждому установившемуся режиму соответствует строго определенный закон изменения во времени энергии, накапливаемой в магнитных полях индуктивных элементов и в электрических полях емкостных элементов, т.е. определенное энергетическое состояние.

Наступлению установившегося режима, отличного от первоначального, предшествует, как правило, переходный процесс.

Определение. Переходным называется процесс, возникающий в электрических цепях при переходе от одного установившегося режима к другому. Особенность этого процесса – токи и напряжения на всех участках меняются по непериодическому закону.

Этот процесс возникает в результате коммутации.

Определение. Коммутация – это действия или операции, которые приводят к изменению параметров элементов цепи или ее топологии (включение, выключение, переключение и т.п.).

Теоретически полагают, что коммутация осуществляется мгновенно. Момент времени, соответствующий осуществляемой коммутации, принимается за начало отсчета времени для переходного процесса: .

Переходный процесс возникает только в тех цепях, в составе которых после коммутации есть реактивные элементы. Его появление объясняется тем, что при коммутации, т.е. внезапном переходе, имеющиеся запасы энергии в полях реактивных элементов не соответствуют запасам энергии, которые должны били бы быть в новом установившемся режиме после происшедших изменений.

Энергия не может измениться скачком, поэтому наступлению нового установившегося режима предшествует переходный процесс.

Теоретически для завершения переходного процесса и наступления нового установившегося режима требуется бесконечное время.

Практически длительность переходного процесса определяется конечным интервалом времени после коммутации, по истечении которого можно говорить об установившемся режиме.