Transienttiprosessit vaihtovirtapiireissä, kommutaatiolait, resonanssiilmiöt
Sähköpiirien kiinteät toimintatilat ovat tiloja, joissa piirin parametrit ovat vakioita: jännite, virta, vastus jne. Jos jännite muuttuu vakaan tilan saavuttamisen jälkeen, myös virta muuttuu. Siirtyminen vakaasta tilasta toiseen ei tapahdu välittömästi, vaan tietyn ajan kuluessa (kuva 1).
Prosesseja, jotka tapahtuvat piireissä siirryttäessä kiinteästä tilasta toiseen, kutsutaan transienteiksi. Transientteja esiintyy minkä tahansa piirin parametrien äkillisen muutoksen yhteydessä. Sähköpiirin toimintatavan äkillisen muutoksen hetki otetaan alkuajan hetkeksi, johon nähden piirin tilaa luonnehditaan ja itse transienttiprosessi kuvataan.
Riisi. 1. AC-piirissä esiintyvät tilat
Transienttiprosessin kesto voi olla hyvin lyhyt ja se voidaan laskea sekunnin murto-osissa, mutta virrat ja jännitteet tai muut prosessia kuvaavat parametrit voivat saavuttaa suuria arvoja.Transientit laukaistaan kommutaatiolla piirissä.
Kommutointi on kytkinlaitteiden koskettimien sulkemista tai avaamista. Transienttien analysoinnissa käytetään kahta kommutaatiolakia.
Ensimmäinen kommutaatiosääntö: virta. induktorin läpi virtaava virta ennen kytkentää on yhtä suuri kuin saman kelan läpi kulkeva virta välittömästi kytkemisen jälkeen. Nämä. induktorin virta ei voi muuttua äkillisesti.
Toinen kommutaatiosääntö: jännite kapasitiivisen elementin yli ennen kytkentää on yhtä suuri kuin saman elementin jännite kytkennän jälkeen. Nämä. jännite kapasitiivisen elementin yli ei voi muuttua äkillisesti. Vastuksen, induktorin ja kondensaattorin sarjakytkennässä riippuvuudet ovat voimassa
Tarkasteltavassa piirissä, jolla on samat reaktiot Xl ja Xc, ns. jänniteresonanssi... Koska nämä vastukset riippuvat taajuudesta, resonanssi tapahtuu tietyllä resonanssitaajuudella ωо.
Piirin kokonaisvastus on tässä tapauksessa minimaalinen ja puhtaasti aktiivinen. Z = R, ja virralla on maksimiarvo. Arvolla ω ωо kuormalla on aktiivinen-kapasitiivinen luonne, kun ω >ωо — aktiivinen-induktiivinen.
On huomattava, että jyrkkä virran kasvu piirissä resonanssissa vastaa Xl:n ja Xc:n kasvua. Näistä jännityksistä voi tulla paljon suurempia kuin jännite. U on kytketty piirin liittimiin, joten jänniteresonanssi on sähköasennuksille vaarallinen ilmiö.
Rinnakkaisten piirielementtien haarojen virroilla on vastaava vaihesiirto suhteessa kokonaispiirin jännitteeseen.Siksi piirin kokonaisvirta on yhtä suuri kuin sen yksittäisten haarojen virtojen summa ottaen huomioon vaihesiirrot ja määräytyy kaavalla
Jos reaktanssit Xl ja X ovat yhtä suuret, piirissä, jossa elementit on kytketty rinnan resonanssivirrat... Resonanssivirta saavuttaa maksimiarvonsa ja maksimitehokertoimensa (cosφ = 1). Resonanssitaajuuden arvo määritetään kaavalla
L:n ja C:n sisältävien haarojen virrat voivat resonanssissa olla suurempia kuin piirin kokonaisvirta. Induktiiviset ja kapasitiiviset virrat ovat vastakkaisvaiheisia, samanarvoisia ja keskenään siirtyneet teholähteeseen nähden. Näissä piirissä energiaa vaihdetaan induktiivisen kelan ja kondensaattorin välillä.
Lähellä resonanssia olevaa virtojen tilaa käytetään laajasti sähkönkuluttajien tehokertoimen lisäämiseen. Tämä antaa merkittävän taloudellisen vaikutuksen johtimien purkamisen, häviöiden pienentämisen, materiaalin ja energian säästämisen ansiosta.