Transienta processer i AC-kretsar, kommuteringslagar, resonansfenomen
Stationära driftlägen för elektriska kretsar är lägen där parametrarna i kretsen är konstanta: spänning, ström, motstånd etc. Om spänningen ändras efter att ha nått ett stabilt tillstånd kommer strömmen också att ändras. Övergången från ett stationärt tillstånd till ett annat sker inte omedelbart, utan över en tidsperiod (Figur 1).
De processer som sker i kretsarna under övergången från ett stationärt tillstånd till ett annat kallas transient. Transienter uppstår med någon plötslig förändring i kretsparametrar. Momentet för en plötslig förändring av den elektriska kretsens driftsätt tas som det initiala tidsögonblicket, i förhållande till vilket kretsens tillstånd karakteriseras och själva transientprocessen beskrivs.
Ris. 1. Lägen som förekommer i AC-kretsen
Varaktigheten av den transienta processen kan vara mycket kort och kan beräknas i bråkdelar av en sekund, men strömmarna och spänningarna eller andra parametrar som kännetecknar processen kan nå stora värden.Transienter utlöses av kommutering i kretsen.
Kommutering är stängning eller öppning av kontakterna på omkopplingsanordningar. Vid analys av transienter används två kommuteringslagar.
Den första lagen om kommutering: aktuell. strömmar genom en induktor före omkoppling är lika med strömmen genom samma spole omedelbart efter omkoppling. Dessa. strömmen i induktorn kan inte ändras abrupt.
Den andra lagen för kommutering: spänningen över det kapacitiva elementet före omkoppling är lika med spänningen över samma element efter omkoppling. Dessa. spänningen över det kapacitiva elementet kan inte ändras abrupt. För seriekoppling av motstånd, induktor och kondensator gäller beroenden
I den betraktade kretsen med samma reaktioner Xl och Xc, den så kallade spänningsresonansen... Eftersom dessa resistanser beror på frekvensen uppstår resonansen vid en viss resonansfrekvens ωо.
Kretsens totala resistans i detta fall är minimal och rent aktiv. Z = R, och strömmen har ett maxvärde. Vid ω ωо har lasten en aktiv-kapacitiv karaktär, med ω >ωо — aktiv-induktiv.
Det bör noteras att den kraftiga ökningen av ström i kretsen vid resonans motsvarar en ökning av Xl och Xc. Dessa spänningar kan bli mycket större än spänningen. U applicerad på kretsklämmorna, därför är spänningsresonans ett fenomen som är farligt för elektriska installationer.
Strömmarna i grenarna av parallellkopplade kretselement har en motsvarande fasförskjutning med avseende på den totala kretsspänningen.Därför är den totala strömmen i kretsen lika med summan av strömmarna för dess individuella grenar, med hänsyn till fasskiftningarna och bestäms av formeln
Om reaktanserna Xl och X är lika, i en krets med parallellkoppling av element resonansströmmar... Resonansströmmen når sitt maximala värde och maximal effektfaktor (cosφ = 1). Värdet på resonansfrekvensen bestäms av formeln
Strömmarna i grenarna som innehåller L och C, vid resonans, kan vara större än den totala kretsströmmen. Induktiva och kapacitiva strömmar är motsatta i fas, lika i värde och ömsesidigt förskjutna i förhållande till strömkällan. Dessa.i kretsen utbyts energi mellan den induktiva spolen och kondensatorn.
Strömmarnas nära-resonansläge används i stor utsträckning för att öka elkonsumenternas effektfaktor. Detta ger en betydande ekonomisk effekt på grund av lossning av trådar, minskning av förluster, besparing av material och energi.