Procesos transitorios en circuitos de CA, leyes de conmutación, fenómenos de resonancia
Los modos estacionarios de operación de los circuitos eléctricos son modos en los que los parámetros en el circuito son constantes: voltaje, corriente, resistencia, etc. Si, después de alcanzar un estado estable, el voltaje cambia, la corriente también cambiará. La transición de un estado estacionario a otro no ocurre inmediatamente, sino durante un período de tiempo (Figura 1).
Los procesos que tienen lugar en los circuitos durante la transición de un estado estacionario a otro se denominan transitorios. Los transitorios ocurren con cualquier cambio repentino en los parámetros del circuito. El momento de un cambio repentino en el modo de operación del circuito eléctrico se toma como el momento inicial del tiempo, en relación con el cual se caracteriza el estado del circuito y se describe el proceso transitorio en sí.
Arroz. 1. Modos que ocurren en el circuito de CA
La duración del proceso transitorio puede ser muy corta y puede calcularse en fracciones de segundo, pero las corrientes y tensiones u otros parámetros que caracterizan el proceso pueden alcanzar valores elevados.Los transitorios son provocados por la conmutación en el circuito.
La conmutación es el cierre o la apertura de los contactos de los dispositivos de conmutación. Cuando se analizan transitorios, se utilizan dos leyes de conmutación.
La primera ley de la conmutación: la corriente. que fluye a través de un inductor antes de la conmutación es igual a la corriente a través de la misma bobina inmediatamente después de la conmutación. Estos. la corriente en el inductor no puede cambiar abruptamente.
La segunda ley de conmutación: el voltaje en el elemento capacitivo antes de la conmutación es igual al voltaje en el mismo elemento después de la conmutación. Estos. el voltaje a través del elemento capacitivo no puede cambiar abruptamente. Para la conexión en serie de resistencia, inductor y condensador, las dependencias son válidas.
En el circuito considerado con las mismas reacciones Xl y Xc, la llamada resonancia de tensión... Dado que estas resistencias dependen de la frecuencia, la resonancia se produce a una determinada frecuencia de resonancia ωо.
La resistencia total del circuito en este caso es mínima y puramente activa. Z = R, y la corriente tiene un valor máximo. En ω ωо la carga tiene un carácter activo-capacitivo, con ω > ωо — activo-inductivo.
Cabe señalar que el fuerte aumento de corriente en el circuito en resonancia corresponde a un aumento en Xl y Xc. Estas tensiones pueden llegar a ser mucho mayores que el voltaje. U aplicado a los terminales del circuito, por lo que la resonancia de tensión es un fenómeno peligroso para las instalaciones eléctricas.
Las corrientes en las ramas de los elementos del circuito conectados en paralelo tienen un cambio de fase correspondiente con respecto al voltaje total del circuito.Por lo tanto, la corriente total del circuito es igual a la suma de las corrientes de sus ramas individuales, teniendo en cuenta los cambios de fase y está determinada por la fórmula
Si las reactancias Xl y X son iguales, en un circuito con conexión en paralelo de elementos corrientes resonantes... La corriente resonante alcanza su valor máximo y el factor de potencia máximo (cosφ = 1). El valor de la frecuencia de resonancia está determinado por la fórmula
Las corrientes en las ramas que contienen L y C, en resonancia, pueden ser mayores que la corriente total del circuito. Las corrientes inductivas y capacitivas son opuestas en fase, iguales en valor y compensadas entre sí con respecto a la fuente de alimentación. Estos.en el circuito, la energía se intercambia entre la bobina inductiva y el condensador.
El modo cercano a la resonancia de las corrientes se usa ampliamente para aumentar el factor de potencia de los consumidores de electricidad. Esto da un efecto económico significativo debido a la descarga de cables, reducción de pérdidas, ahorro de materiales y energía.