自然界中的物质运动过程通常都存在稳定状态(稳态)和过渡过程。例如电动机从静止状态(一种稳定状态)启动,其转速由零逐渐上升,需要一个加速过程,最后到达恒速状态(另一种稳定状态);同样当电动机制动时,电动机的转速将由原来的恒速逐渐下降,即需要经过一个减速过程,最后下降到零。这就是说物质从一种稳定状态转变到另一种新的稳定状态往往需要一个过程,这个过程称为过渡过程或暂态过程。
图3-11 RC充电电路的过渡过程(www.daowen.com)
电路中也存在过渡过程。如图3-11(a)所示的由R、C、开关S和直流电源US组成的充电电路。当开关S未闭合前电容上的电压uC=0(一种稳定状态),当开关闭合后,直流电源US给电容充电,但电容上的端电压uC也不是马上就等于US,而是由零逐渐过渡到US(新的稳定状态)。电容上电压uC的变化规律如图3-11(b)所示。可见,电路从原来的稳定状态变化到另一个稳定状态是需要一个过程的,这个过程就是电路的过渡过程。
一个含有电感或电容的电路在确定的直流激励下,电路中的任一支路电压或电流在经历一个变化的过程后,最终将稳定在某个值上,这时称电路处于稳定状态。如果电路的激励(电源)突然发生变化(如电源的突然接入或断开)或元件参数和电路结构发生改变,我们通常统称为“换路”,那么电路(电阻电路除外)一般将从原来的稳定状态逐渐过渡到一个新的稳定状态,这需要经历一定的时间过程。电路从一种稳态进入到另一种稳态的中间过程称为电路的过渡过程或暂态过程。这里的暂态是相对于稳态而言的。引起过渡过程的原因是电路状态和结构发生变化破坏了电路原有的稳定状态,实质原因在于物质能量不能发生跃变,即电路中储能元件电容的电场能或电感的磁场能不能发生突变,需经历一段时间才能达到新的稳态。
研究电路的过渡过程在工程中颇为重要。在电子技术中常利用RC电路电容的充放电过渡过程的特性来构成各种脉冲电路或延时电路。在电力系统中,由于过渡过程的存在将会出现过电压或过电流现象,有时会损坏电气设备,造成严重事故。因此,人们必须认识过渡过程的规律,从而在工程实践上既能充分利用它,又能设法防止它的危害。
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