Установившиеся режимы работы электрических цепей - режимы, в которых в цепи неизменные параметры: напряжение, ток, сопротивления и т.д. Если после наступления установившегося режима изменится напряжение, то изменится и ток. Переход от одного установившегося режима к другому происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени (рисунок 1).
Процессы, возникающие в цепях при переходе от одного установившегося режима к другому, называются переходными. Переходные процессы возникают при всяком внезапном изменении параметров цепи. Момент внезапного изменения режима работы электрической цепи принимают за начальный момент времени, относительно которого характеризуют состояние цепи и описывают сам переходный процесс.
Рис. 1. Режимы, возникающие в цепи переменного тока
Продолжительность переходного процесса может быть очень малой и исчисляться долями секунд, но токи и напряжения или другие параметры, характеризующие процесс, могут достигать больших значений. Переходные процессы вызываются коммутацией в цепи.
Коммутация - это замыкание или размыкание контактов коммутирующих аппаратов. При анализе переходных процессов пользуются двумя законами коммутации.
Первый закон коммутации: ток. протекающий через индуктивную катушку до коммутации равен току через ту же катушку непосредственно после коммутации. Т.е. ток в катушке индуктивности скачком измениться не может.
Второй закон коммутации: напряжение на емкостном элементе до коммутации равно напряжению на том же элементе после коммутации. Т.е. напряжение на емкостном элементе скачком измениться не может. Для последовательного соединения резистора, катушки индуктивности и конденсатора справедливы зависимости
В рассматриваемой цепи при равенстве реактивных сопротивлений Xl и Xс имеет место так называемый резонанс напряжения. Так как эти сопротивления зависят от частоты, резонанс наступает при некоторой резонансной частоте ωо.
Общее сопротивление цепи в этом случае минимальное и чисто активное Z = R, а ток имеет максимальное значение. При ω < ωо нагрузка имеет активно-емкостный характер, при ω >ωо - активно-индуктивный.
Следует отмстить, что резкому увеличению тока в цепи при резонансе соответствует возрастание Xl и Xс. Эти напряжения могут стать значительно больше напряжения U приложенного к зажимам цепи, поэтому резонанс напряжений - явление, опасное для электроэнергетических установок.
Токи в ветвях параллельно соединенных элементов цепи имеют соответствующий фазовый сдвиг по отношению к общему напряжению цепи. Поэтому общий ток цепи равен сумме токов отдельных ее ветвей с учетом фазовых сдвигов и определяется по формуле
При равенстве реактивных сопротивлений Xl и Xс, в цепи с параллельным соединением элементов возникает резонанс токов. Ток при резонансе достигает максимального значения, а коэффициент мощности максимального (cosφ = 1). Значение резонансной частоты определяется но формуле
Токи в ветвях, содержащих L и С, при резонанс могут быть больше общего тока цепи. Индуктивный и емкостной токи противоположны по фазе, равны по значению и по отношению к источнику электроэнергии взаимно компенсируются. Т.е. в цепи происходит обмен энергией между индуктивной катушкой и конденсатором.
Режим, близкий к резонансу токов, широко используется для повышения коэффициента мощности потребителей электроэнергии. Это дает значительный экономический эффект из-за разгрузки проводов, снижения потерь, экономии материалов и электроэнергии.