Tranziens folyamatok váltakozó áramú áramkörökben, kommutációs törvények, rezonancia jelenségek
Az elektromos áramkörök stacioner üzemmódjai olyan üzemmódok, amelyekben az áramkör paraméterei állandóak: feszültség, áram, ellenállás stb. Ha az állandósult állapot elérése után a feszültség megváltozik, az áramerősség is megváltozik. Az egyik egyensúlyi állapotból a másikba való átmenet nem azonnal, hanem bizonyos időn belül megy végbe (1. ábra).
Azokat a folyamatokat, amelyek az áramkörökben az egyik álló állapotból a másikba való átmenet során játszódnak le, tranziensnek nevezzük. Tranziensek az áramköri paraméterek bármilyen hirtelen változása esetén lépnek fel. Az elektromos áramkör működési módjában bekövetkező hirtelen változás pillanatát tekintjük a kezdeti időpillanatnak, amelyhez képest az áramkör állapotát jellemzik, és magát a tranziens folyamatot írják le.
Rizs. 1. Az AC áramkörben előforduló üzemmódok
A tranziens folyamat időtartama nagyon rövid lehet, és a másodperc töredékeiben számolható, de a folyamatot jellemző áramok és feszültségek vagy egyéb paraméterek nagy értéket is elérhetnek.A tranzienseket az áramkör kommutációja váltja ki.
A kommutáció a kapcsolókészülékek érintkezőinek zárása vagy nyitása. A tranziensek elemzésekor két kommutációs törvényt alkalmazunk.
A kommutáció első törvénye: áram. a kapcsolás előtt egy tekercsen átfolyó áram egyenlő az ugyanazon a tekercsen áthaladó árammal közvetlenül a kapcsolás után. Ezek. az induktivitás árama nem változhat hirtelen.
A kommutáció második törvénye: a kapacitív elemen a kapcsolás előtti feszültség megegyezik az ugyanazon az elemen a kapcsolás utáni feszültséggel. Ezek. a kapacitív elem feszültsége nem változhat hirtelen. Az ellenállás, az induktor és a kondenzátor soros csatlakoztatására a függőségek érvényesek
A vizsgált áramkörben azonos reakciókkal Xl és Xc, az úgynevezett feszültségrezonancia... Mivel ezek az ellenállások a frekvenciától függenek, a rezonancia egy bizonyos ωо rezonanciafrekvencián lép fel.
Az áramkör teljes ellenállása ebben az esetben minimális és tisztán aktív. Z = R, és az áramnak van egy maximális értéke. ω ωо esetén a terhelés aktív-kapacitív, ω >ωо - aktív-induktív jellegű.
Meg kell jegyezni, hogy az áramerősség éles növekedése az áramkörben rezonancia esetén az Xl és Xc növekedésének felel meg. Ezek a feszültségek sokkal nagyobbak lehetnek, mint a feszültség. Az U az áramkör kapcsaira kerül, ezért a feszültségrezonancia veszélyes jelenség az elektromos berendezésekre.
A párhuzamosan kapcsolt áramköri elemek ágaiban lévő áramok a teljes áramköri feszültséghez képest megfelelő fáziseltolással rendelkeznek.Ezért az áramkör teljes árama egyenlő az egyes ágai áramainak összegével, figyelembe véve a fáziseltolásokat, és a képlet határozza meg
Ha az Xl és X reaktanciák egyenlőek, akkor egy olyan áramkörben, amelyben az elemek párhuzamosan kapcsolódnak rezonanciaáramok... A rezonanciaáram eléri a maximális értékét és a maximális teljesítménytényezőt (cosφ = 1). A rezonancia frekvencia értékét a képlet határozza meg
Az L-t és C-t tartalmazó ágakban rezonancia esetén az áramok nagyobbak lehetnek, mint a teljes áramköri áram. Az induktív és kapacitív áramok egymással ellentétes fázisúak, azonos értékűek és az áramforráshoz képest kölcsönösen eltolódnak. Ezek.az áramkörben energia cserélődik az induktív tekercs és a kondenzátor között.
Az áramok rezonanciaközeli üzemmódját széles körben használják a villamosenergia-fogyasztók teljesítménytényezőjének növelésére. Ez jelentős gazdasági hatást eredményez a vezetékek tehermentesítése, a veszteségek csökkentése, az anyag- és energiamegtakarítás miatt.