Причини виникнення перехідних процесів.

У загальному випадку в електричному ланцюзі перехідні процеси можуть виникати, якщо в ланцюзі є індуктивні і ємкісні елементи, що володіють здатністю накопичувати або віддавати енергію магнітного або електричного поля. У момент комутації, коли починається перехідний процес, відбувається перерозподіл енергії між індуктивними, ємкісними елементами ланцюга і зовнішніми джерелами енергії, підключеними до ланцюга. При цьому частина енергія безповоротно перетвориться в інші види енергій (наприклад, в теплову на активному опорі).

Після закінчення перехідного процесу встановлюється новий сталий режим, який визначається тільки зовнішніми джерелами енергії. При відключенні зовнішніх джерел енергії перехідний процес може виникати за рахунок енергії електромагнітного поля, накопиченої до початку перехідного режиму в індуктивних і ємкісних елементах ланцюга.

Зміни енергії магнітного і електричного полів не можуть відбуватися миттєво, і, отже, не можуть миттєво протікати процеси у момент комутації. Насправді, стрибкоподібна (миттєве) зміна енергії в індуктивному і ємкісному елементі приводить до необхідності мати нескінченно великі потужності

Форм. 1

що практично неможливе, бо в реальних електричних ланцюгах нескінченно великої потужності не існує.

Таким чином, перехідні процеси не можуть протікати миттєво, оскільки неможливо в принципі миттєво змінювати енергію, накопичену в електромагнітному полі ланцюга. Теоретично перехідні процеси закінчуються за час

Практично ж перехідні процеси є быстропротекающими, і їх тривалість зазвичай складає долі секунди. Оскільки енергія магнітного W_М і електричного полів W_Е описується виразами

Форм. 2

Форм. 3

то струм у індуктивності і напруга на ємкості не можуть змінюватися миттєво. На цьому засновані закони комутації.

Закони комутації.

Перший закон комутації полягає в тому, що струм в гілці з індуктивним елементом в початковий момент часу після комутації має те ж значення, яке він мав безпосередньо перед комутацією, а потім з цього значення він починає плавно змінюватися. Сказане зазвичай записують у вигляді i_L(0-) = i_L(0+), вважаючи, що комутація відбувається миттєво у момент t = 0.

Другий закон комутації полягає в тому, що напруга на ємкісному елементі в початковий момент після комутації має те ж значення, яке воно мало безпосередньо перед комутацією, а потім з цього значення воно починає плавно змінюватися:

Форм. 4

Отже, наявність гілки, що містить індуктивність, в ланцюзі, що включається під напругу, рівносильне розриву ланцюга в цьому місці у момент комутації, оскільки

Форм. 5

Наявність в ланцюзі, що включається під напругу, гілці, що містить розряджений конденсатор, рівносильне короткому замиканню в цьому місці у момент комутації, оскільки

Форм. 6

Проте в електричному ланцюзі можливі скачки напруги на индуктивностях і струмах на ємкостях.

У електричних ланцюгах з резистивними елементами енергія електромагнітного поля не запасається, унаслідок чого в них перехідні процеси не виникають, тобто в таких ланцюгах стаціонарні режими встановлюються миттєво, стрибком.

Насправді будь-який елемент ланцюга володіє якимсь опором r, індуктивністю L і ємністю С, тобто в реальних електротехнічних пристроях існують теплові втрати, обумовлені проходженням струму і наявністю опору r, а також магнітні і електричні поля.

Перехідні процеси в реальних електротехнічних пристроях можна прискорювати або уповільнювати шляхом підбору відповідних параметрів елементів ланцюгів, а також за рахунок застосування спеціальних пристроїв.