Внутренние причины возникновения переходных процессов

Физические причины возникновения переходных процессов вскрываются законами коммутации.

1. Старому установившемуся режиму соответствовал определенный запас энергии в электрических и магнитных полях реактивных элементов и . В новом установившемся режиме (при других установившихся токах и напряжениях) будет новый (другой) уровень энергии в магнитных и электрических полях накопителей.

2. Энергия и при коммутации мгновенно измениться не может. Если предположить возможность такого изменения, то это будет означать, что в момент коммутации развивается мощность . Ни один реальный источник не в состоянии выдать такую мощность.

Таким образом, новый энергетический уровень (новый установившийся режим) наступает cпустя некоторое время после осуществления коммутации вследствие непрерывности функции . В течение этого времени и происходит переходный процесс. (Рис. 1.2) .

3. Следовательно, переходный процесс связан исключительно с изменением и . В цепях, состоящих только из активных сопротивлений r (в активном сопротивлении нет никакого запаса энергии) переходных процессов не будет. Сразу после мгновенной коммутации наступит новый установившийся режим. (Рис. 1.3.)

Рис. 1.2

Рис. 1.3 5. Законы коммутации

Первый закон коммутации   ; но: , значит:   Ток в индуктивности в момент коммутации мгновенно измениться не может. В первый момент после коммутации он равен току в последний момент до её существования. Функция всегда непрерывна. Пример:   Рис. 1.4       Рис. 1.6 До коммутации ток поступает в индуктивность от источника. В момент коммутации он непрерывен. После отключения источника, ток существует за счет ранее накопленной энергии . Он затухает до нуля, когда вся эта энергия израсходуется на тепловые потери. Напряжение на индуктивности в момент коммутации претерпевает разрыв. Поскольку , то непрерывной является также функция потокосцепления: .

Второй закон коммутации   ; но: , значит:   Напряжение на емкости в момент коммутации мгновенно измениться не может. В первый момент после коммутации оно равно напряжению в последний момент до её существования. Функция всегда непрерывна. Пример:     Рис. 1.5         Рис. 1.7   Пока источник питания был отключен, емкость не была заряжена, т.е.: . В момент коммутации по второму закону Кирхгофа напряжение . Значит, ток делает скачек. В новом установившемся режиме емкость не пропускает постоянный ток и воспринимает на себя все напряжение источника. Поскольку , то непрерывной является также функция заряда: .

Поведение всех других функций кроме тока и напряжения в момент коммутации может быть различным, и определение их начальных значений требует специального расчета.