Перехідні процеси в ланцюгах змінного струму

Сталі режими роботи електричних ланцюгів – режими, в яких в ланцюзі незмінні параметри: напруга, струм, опору і т.д. Якщо після настання встановленого режиму зміниться напруга, то зміниться і струм. Перехід від одного сталого режиму до іншого відбувається не миттєво, а протягом деякого часу (рисунок 1).

Процеси, що виникають в ланцюгах при переході від одного сталого режиму до іншого, називаються перехідними. Перехідні процеси виникають при будь-якому раптовій зміні параметрів ланцюга. Момент раптової зміни режиму роботи електричного кола приймають за початковий момент часу, щодо якого характеризують стан ланцюга і описують сам перехідний процес.

Тривалість перехідного процесу може бути дуже малою і обчислюватися частками секунд, але струми і напруги або інші параметри, що характеризують процес, можуть досягати великих значень. Перехідні процеси викликаються комутацією в ланцюзі.

Комутація – це замикання або розмикання контактів комутуючих апаратів. При аналізі перехідних процесів користуються двома законами комутації.

Перший закон комутації: струм. протікає через індуктивну котушку до комутації дорівнює струму через ту ж котушку безпосередньо після комутації. Тобто ток в котушці індуктивності стрибком змінитися не може.

Другий закон комутації: напруга на ємнісному елементі до комутації дорівнює напрузі на тому ж елементі після комутації. Тобто напруга на ємнісному елементі стрибком змінитися не може. Для послідовного з’єднання резистора, котушки індуктивності та конденсатора справедливі залежності

У розглянутій ланцюга при рівності реактивних опорів Xl і Xс має місце так званий резонанс напруги. Так як ці опору залежать від частоти, резонанс настає при деякій резонансної частоті ωо.

Загальний опір кола в цьому випадку мінімальне і чисто активне Z = R, а струм має максимальне значення. При ω <ωо навантаження має активно-ємнісний характер, при ω> ωо – активно-індуктивний.

Слід помститися, що різкого збільшення струму в ланцюзі при резонансі відповідає зростання Xl і Xс. Ці напруги можуть стати значно більше напруги U прикладеної до затискачів ланцюга, тому резонанс напруг – явище, небезпечне для електроенергетичних установок.

Струми в гілках паралельно з’єднаних елементів ланцюга мають відповідний фазовий зсув по відношенню до загального напрузі ланцюга. Тому загальний струм ланцюга дорівнює сумі струмів окремих її гілок з урахуванням фазових зрушень і визначається за формулою

У разі рівного розподілу реактивних опорів Xl і Xс, в кола з паралельним з’єднанням елементів виникає резонанс струмів. Струм при резонансі досягає максимального значення, а коефіцієнт потужності максимального (cosφ = 1). Значення резонансної частоти визначається але формулою

Струми в гілках, що містять L і С, при резонанс можуть бути більше спільного струму ланцюга. Індуктивний і ємнісний струми протилежні по фазі, рівні за значенням і по відношенню до джерела електроенергії взаємно компенсуються. Тобто в ланцюзі відбувається обмін енергією між індуктивної котушкою і конденсатором.

Режим, близький до резонансу струмів, широко використовується для підвищення коефіцієнта потужності споживачів електроенергії. Це дає значний економічний ефект через розвантаження проводів, зниження втрат, економії матеріалів і електроенергії.

...
ПОДІЛИТИСЯ: