Transiente processer i AC-kredsløb, kommuteringslove, resonansfænomener

Stationære driftsformer for elektriske kredsløb er tilstande, hvor parametrene i kredsløbet er konstante: spænding, strøm, modstand osv. Hvis spændingen efter at have nået en stabil tilstand ændres, vil strømmen også ændre sig. Overgangen fra en steady state til en anden sker ikke umiddelbart, men over en periode (figur 1).

De processer, der finder sted i kredsløbene under overgangen fra en stationær tilstand til en anden, kaldes transiente. Transienter forekommer med enhver pludselig ændring i kredsløbsparametre. Øjeblikket for en pludselig ændring i det elektriske kredsløbs driftsmåde tages som det indledende tidspunkt, i forhold til hvilket kredsløbets tilstand er karakteriseret, og selve transientprocessen er beskrevet.

Ris. 1. Tilstande, der forekommer i AC-kredsløbet

Varigheden af ​​den transiente proces kan være meget kort og kan beregnes i brøkdele af et sekund, men strømme og spændinger eller andre parametre, der karakteriserer processen, kan nå store værdier.Transienter udløses af kommutering i kredsløbet.

Kommutering er lukningen eller åbningen af ​​kontakterne på skifteenheder. Ved analyse af transienter anvendes to kommuteringslove.

Den første lov om kommutering: nuværende. strømning gennem en induktor før omskiftning er lig med strømmen gennem den samme spole umiddelbart efter omskiftning. Disse. strømmen i induktoren kan ikke ændre sig brat.

Den anden lov for kommutering: spændingen over det kapacitive element før omskiftning er lig med spændingen over det samme element efter omskiftning. Disse. spændingen over det kapacitive element kan ikke ændres brat. For serieforbindelse af modstand, induktor og kondensator er afhængighederne gyldige

I det betragtede kredsløb med de samme reaktioner Xl og Xc, den såkaldte spændingsresonans... Da disse modstande afhænger af frekvensen, opstår resonansen ved en bestemt resonansfrekvens ωо.

Kredsløbets samlede modstand i dette tilfælde er minimal og rent aktiv. Z = R, og strømmen har en maksimal værdi. Ved ω ωо har belastningen en aktiv-kapacitiv karakter, med ω >ωо — aktiv-induktiv.

Det skal bemærkes, at den kraftige stigning i strøm i kredsløbet ved resonans svarer til en stigning i Xl og Xc. Disse spændinger kan blive meget større end spændingen. U påført kredsløbsklemmerne, derfor er spændingsresonans et fænomen, der er farligt for elektriske installationer.

Strømmene i grenene af parallelforbundne kredsløbselementer har en tilsvarende faseforskydning i forhold til den samlede kredsløbsspænding.Derfor er den samlede strøm af kredsløbet lig med summen af ​​strømmene af dens individuelle grene, under hensyntagen til faseforskydningerne og bestemmes af formlen

Hvis reaktanserne Xl og X er ens, i et kredsløb med parallelforbindelse af elementer resonansstrømme... Resonansstrømmen når sin maksimale værdi og den maksimale effektfaktor (cosφ = 1). Værdien af ​​resonansfrekvensen bestemmes af formlen

Strømmene i grenene, der indeholder L og C, kan ved resonans være større end den samlede kredsløbsstrøm. Induktive og kapacitive strømme er modsatte i fase, lige i værdi og indbyrdes forskudt i forhold til strømkilden. Disse.i kredsløbet udveksles energi mellem den induktive spole og kondensatoren.

Tæt på resonanstilstanden af ​​strømme bruges i vid udstrækning til at øge elforbrugernes effektfaktor. Dette giver en betydelig økonomisk effekt på grund af aflæsning af ledninger, reduktion af tab, besparelse af materialer og energi.