Prechodové procesy v striedavých obvodoch, komutačné zákony, rezonančné javy

Stacionárne režimy prevádzky elektrických obvodov sú režimy, v ktorých sú parametre v obvode konštantné: napätie, prúd, odpor atď. Ak sa po dosiahnutí ustáleného stavu zmení napätie, zmení sa aj prúd. Prechod z jedného ustáleného stavu do druhého nenastáva okamžite, ale po určitom čase (obrázok 1).

Procesy, ktoré prebiehajú v obvodoch pri prechode z jedného stacionárneho stavu do druhého, sa nazývajú prechodné. Prechodné javy sa vyskytujú pri akejkoľvek náhlej zmene parametrov obvodu. Okamih náhlej zmeny režimu činnosti elektrického obvodu sa berie ako počiatočný časový okamih, vzhľadom na ktorý je charakterizovaný stav obvodu a opísaný samotný prechodový proces.

Ryža. 1. Režimy vyskytujúce sa v obvode striedavého prúdu

Trvanie prechodného procesu môže byť veľmi krátke a dá sa vypočítať v zlomkoch sekundy, ale prúdy a napätia alebo iné parametre charakterizujúce proces môžu dosiahnuť veľké hodnoty.Prechodové javy sú spúšťané komutáciou v obvode.

Komutácia je zatváranie alebo otváranie kontaktov spínacích zariadení. Pri analýze prechodových javov sa používajú dva komutačné zákony.

Prvý zákon komutácie: prúd. pretekajúci induktorom pred prepnutím sa rovná prúdu cez tú istú cievku bezprostredne po prepnutí. Títo. prúd v induktore sa nemôže náhle zmeniť.

Druhý zákon komutácie: napätie na kapacitnom prvku pred prepnutím sa rovná napätiu na rovnakom prvku po prepnutí. Títo. napätie na kapacitnom prvku sa nemôže náhle zmeniť. Pre sériové zapojenie rezistora, induktora a kondenzátora platia závislosti

V uvažovanom obvode s rovnakými reakciami Xl a Xc takzvaná napäťová rezonancia... Keďže tieto odpory závisia od frekvencie, rezonancia nastáva pri určitej rezonančnej frekvencii ωо.

Celkový odpor obvodu je v tomto prípade minimálny a čisto aktívny. Z = R a prúd má maximálnu hodnotu. Pri ω ωо má záťaž aktívne-kapacitný charakter, pričom ω >ωо — aktívne-induktívne.

Treba poznamenať, že prudký nárast prúdu v obvode pri rezonancii zodpovedá zvýšeniu Xl a Xc. Tieto napätia môžu byť oveľa väčšie ako napätie. U sa aplikuje na svorky obvodu, preto je rezonancia napätia jav, ktorý je nebezpečný pre elektrické inštalácie.

Prúdy vo vetvách paralelne zapojených prvkov obvodu majú zodpovedajúci fázový posun vzhľadom na celkové napätie obvodu.Preto sa celkový prúd obvodu rovná súčtu prúdov jeho jednotlivých vetiev, berúc do úvahy fázové posuny a je určený vzorcom

Ak sú reaktancie Xl a X rovnaké, v obvode s paralelným zapojením prvkov rezonančné prúdy... Rezonančný prúd dosahuje svoju maximálnu hodnotu a maximálny účinník (cosφ = 1). Hodnota rezonančnej frekvencie je určená vzorcom

Prúdy vo vetvách obsahujúcich L a C pri rezonancii môžu byť väčšie ako celkový prúd obvodu. Indukčné a kapacitné prúdy sú vo fáze opačné, majú rovnakú hodnotu a sú vzájomne posunuté vzhľadom na zdroj energie. Tie.v obvode dochádza k výmene energie medzi indukčnou cievkou a kondenzátorom.

Režim blízky rezonancii prúdov sa široko používa na zvýšenie účinníka spotrebiteľov elektrickej energie. To dáva významný ekonomický efekt vďaka vykladaniu drôtov, zníženiu strát, úspore materiálu a energie.