Ferrorezonans w obwodach elektrycznych
W 1907 roku francuski inżynier Joseph Bethenot opublikował artykuł „O rezonansie w transformatorach” (Sur le Transformateur? Résonance), w którym po raz pierwszy zwrócił uwagę na zjawisko ferrorezonansu.
Bezpośrednio termin „ferrorezonans”, 13 lat później, został również wprowadzony przez francuskiego inżyniera i nauczyciela elektrotechniki Paula Bouchereau w jego artykule z 1920 r. zatytułowanym „Istnienie dwóch reżimów ferrorezonansu” (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau przeanalizował zjawisko ferrorezonansu i wykazał, że w obwodzie składającym się z kondensatora, rezystora i nieliniowej cewki indukcyjnej istnieją dwie stabilne częstotliwości rezonansowe.
Dlatego zjawisko ferrorezonansu jest związane z nieliniowością elementu indukcyjnego w obwodzie obwodu... Rezonans nieliniowy, który może wystąpić w obwodzie elektrycznym, nazywa się ferrorezonansem, a do jego wystąpienia konieczne jest, aby obwód zawierał nieliniowe indukcyjność i zwykła pojemność.
Oczywiście ferrorezonans absolutnie nie jest nieodłącznym elementem obwodów liniowych. Jeśli indukcyjność w obwodzie jest liniowa, a pojemność nieliniowa, możliwe jest zjawisko podobne do ferrorezonansu.Główną cechą ferrorezonansu jest to, że obwód charakteryzuje się różnymi modami tego nieliniowego rezonansu, w zależności od rodzaju zakłócenia.
Jak indukcyjność może być nieliniowa? Głównie przez to, że obwód magnetyczny Element ten jest wykonany z materiału reagującego nieliniowo na pole magnetyczne. Zwykle rdzenie są wykonane z ferromagnesów lub ferromagnesów, a kiedy termin „ferrorezonans” został wprowadzony przez Paula Bouchereau, teoria ferrimagnetyzmu nie była jeszcze w pełni uformowana i wszystkie tego rodzaju materiały nazywano ferromagnesami, więc termin „ferrorezonans” powstał na oznaczenie zjawiska rezonansu w obwodzie o nieliniowej indukcyjności.
Ferrorezonans przyjmuje rezonans z nasyconą indukcyjnością ... W konwencjonalnym obwodzie rezonansowym rezystancje pojemnościowe i indukcyjne są zawsze sobie równe, a jedynym warunkiem wystąpienia przepięcia lub przetężenia jest dopasowanie oscylacji do częstotliwości rezonansowej, to jest po prostu jeden stan ustalony i łatwy do uniknięcia poprzez ciągłe monitorowanie częstotliwości lub wprowadzanie aktywnej rezystancji.
Inaczej jest w przypadku ferrorezonansu. Rezystancja indukcyjna jest związana z gęstością strumienia magnetycznego w rdzeniu, na przykład w żelaznym rdzeniu transformatora, i zasadniczo uzyskuje się dwie reaktancje indukcyjne, w zależności od sytuacji względem krzywej nasycenia: liniową reaktancję indukcyjną i reaktancję indukcyjną nasycenia .
Tak więc ferrorezonans, podobnie jak rezonans w obwodzie RLC, może być dwojakiego rodzaju: ferrorezonans prądów i ferrorezonans napięć... Podczas szeregowego łączenia indukcyjności i pojemności istnieje tendencja do ferrorezonansu napięć, przy połączeniu równoległym, dla ferrorezonans prądów. Jeśli obwód jest silnie rozgałęziony, występują złożone połączenia, to w tym przypadku nie można z całą pewnością stwierdzić, czy będą w nim prądy, czy napięcia.
Mod ferrorezonansowy może być fundamentalny, subharmoniczny, quasi-okresowy lub chaotyczny…. W trybie podstawowym fluktuacje prądów i napięć odpowiadają częstotliwości układu, w trybie subharmonicznym prądy i napięcia mają niższą częstotliwość, dla której częstotliwość podstawowa jest harmoniczna. Tryby quasi-okresowe i chaotyczne są rzadkie. Rodzaj modu ferrorezonansowego występującego w układzie zależy od parametrów układu oraz warunków początkowych.
Ferrorezonans w normalnych warunkach pracy sieci trójfazowych jest mało prawdopodobny, ponieważ pojemności elementów tworzących sieć są zmniejszane przez indukcyjność wejściowej sieci zasilającej.
W sieciach z nieuziemionym punktem neutralnym ferrorezonans jest bardziej prawdopodobny w trybie niepełnej fazy. Izolacja przewodu neutralnego prowadzi do tego, że pojemność sieci względem ziemi jest szeregowo z transformatorem mocy i takie warunki sprzyjają ferrorezonansowi. Taki stan niepełnej fazy sprzyjający ferrorezonansowi występuje wtedy, gdy np. jedna z faz jest przerwana, następuje włączenie niepełnej fazy lub asymetryczne zwarcie.
Ferrorezonans, który nagle pojawił się w sieci elektrycznej jest szkodliwy, może spowodować uszkodzenie sprzętu.Najbardziej niebezpieczny jest podstawowy tryb ferrorezonansu, kiedy jego częstotliwość pokrywa się z podstawową częstotliwością układu. Ferrorezonans subharmoniczny przy częstotliwościach 1/5 i 1/3 częstotliwości podstawowej jest mniej niebezpieczny, ponieważ prądy są mniejsze. Tak więc duża liczba awarii w sieciach elektroenergetycznych i innych systemach elektroenergetycznych jest ściśle związana z ferrorezonansem, chociaż na pierwszy rzut oka przyczyna może wydawać się niejasna.
Przerwy, połączenia, stany przejściowe, uderzenie pioruna może powodować ferrorezonans. Zmiana trybu pracy sieci, wpływ zewnętrzny lub wypadek mogą zainicjować tryb ferrorezonansowy, chociaż może to być niezauważalne przez długi czas.
Uszkodzenia przekładników napięciowych są często spowodowane właśnie ferrorezonansem, który prowadzi do niszczącego przegrzania na skutek działania prądów przekraczających wszelkie możliwe granice. Aby zapobiec takim problemom związanym z przegrzewaniem, podejmuje się środki techniczne związane ze stałym lub czasowym zwiększeniem strat czynnych w obwodzie rezonansowym, minimalizując efekt rezonansu. Takie środki techniczne polegają na przykład na tym, że obwód magnetyczny transformatora jest częściowo wykonany z grubych blach stalowych.