Ferrorezonancia elektromos áramkörökben

1907-ben Joseph Bethenot francia mérnök publikált egy cikket "A rezonanciáról a transzformátorokban" (Sur le Transformateur? Résonance), ahol először hívta fel a figyelmet a ferrorezonancia jelenségére.

Közvetlenül a „ferrorezonancia” kifejezést 13 évvel később Paul Bouchereau francia mérnök és villamosmérnök-tanár is bevezette „A ferrorezonancia két rezsimjének létezése” (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance) című 1920-as cikkében. Bouchereau elemezte a ferrorezonancia jelenségét, és kimutatta, hogy két stabil rezonanciafrekvencia van egy kondenzátorból, egy ellenállásból és egy nemlineáris induktorból álló áramkörben.

Ezért a ferrorezonancia jelensége összefügg az induktív elem nemlinearitásával az áramkör áramkörében... Az elektromos áramkörben előforduló nemlineáris rezonanciát ferrorezonanciának nevezzük, és előfordulásához szükséges, hogy az áramkör tartalmazzon nemlineárist is. induktivitás és normál kapacitás.

Nyilvánvaló, hogy a ferrorezonancia abszolút nem velejárója a lineáris áramköröknek. Ha az áramkörben az induktivitás lineáris, a kapacitás pedig nemlineáris, akkor a ferrorezonanciához hasonló jelenség lehetséges.A ferrorezonancia fő jellemzője, hogy egy áramkört ennek a nemlineáris rezonanciának különböző módozatai jellemeznek, a zavar típusától függően.

Hogyan lehet az induktivitás nemlineáris? Főleg annak köszönhető, hogy mágneses áramkör Ez az elem olyan anyagból készül, amely nemlineárisan reagál a mágneses térre. A magok általában ferromágnesekből vagy ferrimágnesekből készülnek, és amikor Paul Bouchereau bevezette a "ferrorezonancia" kifejezést, a ferrimágnesesség elmélete még nem alakult ki teljesen, és minden ilyen anyagot ferromágnesnek neveztek, így a "ferrorezonancia" kifejezés keletkezett. a rezonancia jelenségének egy nemlineáris induktivitású áramkörben.

A ferrorezonancia telített induktivitású rezonanciát vesz fel... Hagyományos rezonanciakörben a kapacitív és az induktív ellenállás mindig egyenlő egymással, és a túlfeszültség vagy túláram előfordulásának egyetlen feltétele, hogy a rezgések illeszkedjenek a rezonancia frekvenciához, ez csak egy állandósult állapot és könnyen megelőzhető a frekvencia folyamatos figyelésével vagy aktív ellenállás bevezetésével.

A ferrorezonanciával más a helyzet. Az induktív ellenállás a magban, például a transzformátor vasmagjában lévő mágneses fluxussűrűséggel függ össze, és alapvetően két induktív reaktanciát kapunk, a telítési görbe helyzetétől függően: lineáris induktív reaktancia és telítési indukciós reaktancia .

Tehát a ferrorezonancia, mint az RLC áramkör rezonanciája, két fő típusa lehet: az áramok ferrorezonanciája és a feszültségek ferrorezonanciája... Az induktivitás és a kapacitás sorba kapcsolásakor megfigyelhető a feszültségek ferrorezonanciájának tendenciája, párhuzamos kapcsolással, pl. áramok ferrorezonanciája. Ha az áramkör erősen elágazó, összetett kapcsolatok vannak, akkor ebben az esetben nem lehet biztosan megmondani, hogy áramok vagy feszültségek lesznek benne.

A ferrorezonáns mód lehet fundamentális, szubharmonikus, kváziperiodikus vagy kaotikus…. Alap üzemmódban az áramok és feszültségek ingadozása megfelel a rendszer frekvenciájának, a szubharmonikus üzemmódban az áramok és feszültségek kisebb frekvenciájúak, amelyeknél az alapfrekvencia harmonikus. A kvázi periodikus és kaotikus módok ritkák. A rendszerben előforduló ferrorezonáns mód típusa a rendszer paramétereitől és a kezdeti feltételektől függ.

A ferrorezonancia a háromfázisú hálózatok normál üzemi körülményei között nem valószínű, mivel a hálózatot alkotó elemek kapacitását a táp bemeneti hálózat induktivitása csökkenti.

A földeletlen nullával rendelkező hálózatokban a ferrorezonancia nagyobb valószínűséggel fordul elő a nem teljes fázis üzemmódban. A nulla leválasztása azt a tényt eredményezi, hogy a hálózat földhöz viszonyított kapacitása sorba van kapcsolva a teljesítménytranszformátorral, és az ilyen körülmények kedveznek a ferrorezonanciának. Ilyen, a ferrorezonancia szempontjából kedvező, nem teljes fázismód akkor lép fel, ha például valamelyik fázis megszakad, hiányos fázisbezárás vagy aszimmetrikus rövidzárlat van.

Az elektromos hálózatban hirtelen megjelent ferrorezonancia káros, berendezési károkat okozhat.A legveszélyesebb a ferrorezonancia alapmódusa, amikor frekvenciája egybeesik a rendszer alapfrekvenciájával. A szubharmonikus ferrorezonancia az alapfrekvencia 1/5 és 1/3 frekvenciáján kevésbé veszélyes, mivel az áramok kisebbek. Így az elektromos hálózatokban és más villamosenergia-rendszerekben előforduló meghibásodások nagy száma pontosan a ferrorezonanciával függ össze, bár az ok elsőre homályosnak tűnhet.

Szakadások, kapcsolatok, tranziensek, villámlökés ferrorezonanciát okozhat. A hálózati üzemmód megváltozása, külső behatás vagy baleset ferrorezonáns üzemmódot válthat ki, bár ez hosszú ideig nem észrevehető.

A feszültségtranszformátorok károsodását gyakran pontosan a ferrorezonancia okozza, ami az összes lehetséges határt meghaladó áram hatására destruktív túlmelegedéshez vezet. A túlmelegedésből eredő ilyen jellegű problémák megelőzése érdekében a rezonanciakör aktív veszteségének tartós vagy ideiglenes megnövekedésével kapcsolatos műszaki intézkedések megtételére kerül sor, minimalizálva a rezonanciahatást. Az ilyen műszaki intézkedések például abból állnak, hogy a transzformátor mágneses áramköre részben vastag acéllemezekből készül.