Processos transitórios em circuitos CA, leis de comutação, fenômenos de ressonância

Modos estacionários de operação de circuitos elétricos são modos nos quais os parâmetros do circuito são constantes: tensão, corrente, resistência, etc. Se, após atingir um estado estacionário, a tensão mudar, a corrente também mudará. A transição de um estado estacionário para outro não ocorre imediatamente, mas ao longo de um período de tempo (Figura 1).

Os processos que ocorrem nos circuitos durante a transição de um estado estacionário para outro são chamados de transitórios. Os transientes ocorrem com qualquer mudança repentina nos parâmetros do circuito. O momento de uma mudança repentina no modo de operação do circuito elétrico é tomado como o momento inicial do tempo, em relação ao qual o estado do circuito é caracterizado e o próprio processo transiente é descrito.

Arroz. 1. Modos que ocorrem no circuito CA

A duração do processo transiente pode ser muito curta e pode ser calculada em frações de segundo, mas as correntes e tensões ou outros parâmetros que caracterizam o processo podem atingir grandes valores.Os transientes são acionados por comutação no circuito.

A comutação é o fechamento ou abertura dos contatos dos dispositivos de comutação. Ao analisar transientes, duas leis de comutação são usadas.

A primeira lei da comutação: corrente. fluindo através de um indutor antes da comutação é igual à corrente através da mesma bobina imediatamente após a comutação. Esses. a corrente no indutor não pode mudar abruptamente.

A segunda lei da comutação: a tensão no elemento capacitivo antes da comutação é igual à tensão no mesmo elemento após a comutação. Esses. a tensão através do elemento capacitivo não pode mudar abruptamente. Para conexão em série de resistor, indutor e capacitor as dependências são válidas

No circuito considerado com as mesmas reações Xl e Xc, a chamada ressonância de tensão... Como essas resistências dependem da frequência, a ressonância ocorre em uma certa frequência de ressonância ωо.

A resistência total do circuito neste caso é mínima e puramente ativa. Z = R, e a corrente tem um valor máximo. Em ω ωо a carga tem um caráter ativo-capacitivo, com ω >ωо — ativo-indutivo.

Deve-se notar que o aumento acentuado da corrente no circuito em ressonância corresponde a um aumento em Xl e Xc. Essas tensões podem se tornar muito maiores que a tensão. U aplicado aos terminais do circuito, portanto a ressonância de tensão é um fenômeno perigoso para as instalações elétricas.

As correntes nos ramos dos elementos do circuito conectados em paralelo têm um deslocamento de fase correspondente em relação à tensão total do circuito.Portanto, a corrente total do circuito é igual à soma das correntes de seus ramos individuais, levando em consideração as mudanças de fase e é determinada pela fórmula

Se as reatâncias Xl e X forem iguais, em um circuito com ligação em paralelo dos elementos correntes ressonantes... A corrente ressonante atinge seu valor máximo e o fator de potência máximo (cosφ = 1). O valor da frequência de ressonância é determinado pela fórmula

As correntes nos ramos contendo L e C, em ressonância, podem ser maiores que a corrente total do circuito. As correntes indutiva e capacitiva são opostas em fase, iguais em valor e compensadas mutuamente em relação à fonte de alimentação. Estes, no circuito, a energia é trocada entre a bobina indutiva e o capacitor.

O modo próximo à ressonância das correntes é amplamente utilizado para aumentar o fator de potência dos consumidores de eletricidade. Isso dá um efeito econômico significativo devido ao descarregamento de fios, redução de perdas, economia de materiais e energia.