Processos transitoris en circuits de CA, lleis de commutació, fenòmens de ressonància
Els modes estacionaris de funcionament dels circuits elèctrics són modes en què els paràmetres del circuit són constants: tensió, corrent, resistència, etc. Si, després d'arribar a un estat estacionari, la tensió canvia, el corrent també canviarà. La transició d'un estat estacionari a un altre no es produeix immediatament, sinó durant un període de temps (figura 1).
Els processos que tenen lloc als circuits durant la transició d'un estat estacionari a un altre s'anomenen transitoris. Els transitoris es produeixen amb qualsevol canvi sobtat en els paràmetres del circuit. El moment d'un canvi sobtat en el mode de funcionament del circuit elèctric es pren com el moment inicial de temps, en relació amb el qual es caracteritza l'estat del circuit i es descriu el propi procés transitori.
Arròs. 1. Modes que es produeixen al circuit de CA
La durada del procés transitori pot ser molt curta i es pot calcular en fraccions de segon, però els corrents i tensions o altres paràmetres que caracteritzen el procés poden arribar a valors grans.Els transitoris es desencadenen per commutació en el circuit.
La commutació és el tancament o obertura dels contactes dels dispositius de commutació. En analitzar transitoris, s'utilitzen dues lleis de commutació.
La primera llei de commutació: corrent. que flueix per un inductor abans de la commutació és igual al corrent a través de la mateixa bobina immediatament després de la commutació. Aquests. el corrent a l'inductor no pot canviar bruscament.
La segona llei de la commutació: la tensió a través de l'element capacitiu abans de la commutació és igual a la tensió a través del mateix element després de la commutació. Aquests. la tensió a través de l'element capacitiu no pot canviar bruscament. Per a la connexió en sèrie de la resistència, l'inductor i el condensador, les dependències són vàlides
En el circuit considerat amb les mateixes reaccions Xl i Xc, l'anomenada ressonància de tensió... Com que aquestes resistències depenen de la freqüència, la ressonància es produeix a una determinada freqüència de ressonància ωо.
La resistència total del circuit en aquest cas és mínima i purament activa. Z = R, i el corrent té un valor màxim. A ω ωо la càrrega té un caràcter actiu-capacitiu, amb ω >ωо — actiu-inductiu.
Cal tenir en compte que el fort augment del corrent en el circuit en ressonància correspon a un augment de Xl i Xc. Aquestes tensions poden arribar a ser molt més grans que la tensió. U aplicada als terminals del circuit, per tant, la ressonància de tensió és un fenomen perillós per a les instal·lacions elèctriques.
Els corrents a les branques dels elements del circuit connectats en paral·lel tenen un desfasament corresponent respecte a la tensió total del circuit.Per tant, el corrent total del circuit és igual a la suma dels corrents de les seves branques individuals, tenint en compte els canvis de fase i està determinat per la fórmula
Si les reactàncies Xl i X són iguals, en un circuit amb connexió en paral·lel d'elements corrents de ressonància... El corrent de ressonància assoleix el seu valor màxim i el factor de potència màxim (cosφ = 1). El valor de la freqüència de ressonància ve determinat per la fórmula
Els corrents a les branques que contenen L i C, en ressonància, poden ser superiors al corrent total del circuit. Els corrents inductius i capacitius són oposats en fase, iguals en valor i mútuament compensats respecte a la font d'alimentació. Aquests.al circuit, s'intercanvia energia entre la bobina inductiva i el condensador.
El mode proper a la ressonància dels corrents s'utilitza àmpliament per augmentar el factor de potència dels consumidors d'electricitat. Això dóna un efecte econòmic important a causa de la descàrrega de cables, reducció de pèrdues, estalvi de materials i energia.