Prijelazni procesi u krugovima izmjenične struje, komutacijski zakoni, pojave rezonancije
Stacionarni načini rada električnih krugova su načini u kojima su parametri u krugu konstantni: napon, struja, otpor itd. Ako se nakon postizanja stacionarnog stanja promijeni napon, promijenit će se i struja. Prijelaz iz jednog ravnotežnog stanja u drugo ne događa se odmah, već kroz određeno vrijeme (Slika 1).
Procesi koji se odvijaju u strujnim krugovima tijekom prijelaza iz jednog stacionarnog stanja u drugo nazivaju se prijelaznim. Prijelazne pojave javljaju se kod svake nagle promjene parametara kruga. Trenutak nagle promjene načina rada električnog kruga uzima se kao početni trenutak vremena, u odnosu na koji se karakterizira stanje kruga i opisuje sam prijelazni proces.
Riža. 1. Modovi koji se javljaju u krugu izmjenične struje
Trajanje prijelaznog procesa može biti vrlo kratko i može se izračunati u djelićima sekunde, ali struje i naponi ili drugi parametri koji karakteriziraju proces mogu doseći velike vrijednosti.Prijelazne pojave pokreću komutacija u krugu.
Komutacija je zatvaranje ili otvaranje kontakata rasklopnih uređaja. Pri analizi prijelaznih pojava koriste se dva zakona komutacije.
Prvi zakon komutacije: struja. koja teče kroz induktor prije sklopke jednaka je struji kroz istu zavojnicu neposredno nakon sklopke. ove. struja u induktoru ne može se naglo promijeniti.
Drugi zakon komutacije: napon na kapacitivnom elementu prije sklopke jednak je naponu na istom elementu nakon sklopke. ove. napon na kapacitivnom elementu ne može se naglo promijeniti. Za serijski spoj otpornika, induktora i kondenzatora vrijede ovisnosti
U razmatranom krugu s istim reakcijama Xl i Xc tzv.naponska rezonancija... Budući da ti otpori ovise o frekvenciji, rezonancija se javlja na određenoj rezonantnoj frekvenciji ωo.
Ukupni otpor kruga u ovom slučaju je minimalan i čisto aktivan. Z = R, a struja ima najveću vrijednost. Pri ω ωo opterećenje ima aktivno-kapacitivni karakter, s ω >ωo — aktivno-induktivni karakter.
Treba primijetiti da naglo povećanje struje u krugu pri rezonanciji odgovara povećanju Xl i Xc. Ta naprezanja mogu postati puno veća od napona. U na stezaljkama kruga, stoga je naponska rezonancija pojava opasna za električne instalacije.
Struje u granama paralelno spojenih elemenata kruga imaju odgovarajući fazni pomak u odnosu na ukupni napon kruga.Stoga je ukupna struja kruga jednaka zbroju struja njegovih pojedinačnih grana, uzimajući u obzir fazne pomake i određena je formulom
Ako su reaktancije Xl i X jednake, u krugu s paralelnim spojem elemenata rezonantne struje... Rezonantna struja postiže najveću vrijednost i maksimalni faktor snage (cosφ = 1). Vrijednost rezonantne frekvencije određena je formulom
Struje u granama koje sadrže L i C, pri rezonanciji, mogu biti veće od ukupne struje kruga. Induktivna i kapacitivna struja su fazno suprotne, jednake vrijednosti i međusobno pomaknute u odnosu na izvor struje. U krugu se energija izmjenjuje između induktivnog svitka i kondenzatora.
Način struja blizu rezonancije naširoko se koristi za povećanje faktora snage potrošača električne energije. To daje značajan ekonomski učinak zbog rasterećenja žica, smanjenja gubitaka, uštede materijala i energije.