Ferroresonanssi sähköpiireissä

Vuonna 1907 ranskalainen insinööri Joseph Bethenot julkaisi artikkelin "Resonance in Transformers" (Sur le Transformateur? Résonance), jossa hän kiinnitti ensimmäisen kerran huomion ferroresonanssin ilmiöön.

Suoraan termin "ferroresonanssi" otti 13 vuotta myöhemmin käyttöön myös ranskalainen insinööri ja sähkötekniikan opettaja Paul Bouchereau vuonna 1920 julkaistussa artikkelissaan "The Existence of Two Regimes of Ferroresonance" (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau analysoi ferroresonanssin ilmiötä ja osoitti, että piirissä, joka koostuu kondensaattorista, vastuksesta ja epälineaarisesta kelasta, on kaksi stabiilia resonanssitaajuutta.

Siksi ferroresonanssi-ilmiö liittyy piirin piirin induktiivisen elementin epälineaarisuuteen... Sähköpiirissä mahdollisesti esiintyvää epälineaarista resonanssia kutsutaan ferroresonanssiksi ja sen esiintyminen edellyttää, että piiri sisältää epälineaarista induktanssi ja tavallinen kapasitanssi.

On selvää, että ferroresonanssi ei ole luonnostaan ​​lineaarisille piireille. Jos piirin induktanssi on lineaarinen ja kapasitanssi epälineaarinen, niin ferroresonanssin kaltainen ilmiö on mahdollinen.Ferroresonanssin pääominaisuus on, että piirille on ominaista tämän epälineaarisen resonanssin eri muodot häiriön tyypistä riippuen.

Kuinka induktanssi voi olla epälineaarinen? Lähinnä johtuen siitä, että magneettinen piiri Tämä elementti on valmistettu materiaalista, joka reagoi epälineaarisesti magneettikenttään. Yleensä ytimet valmistetaan ferromagneeteista tai ferrimagneeteista ja kun Paul Bouchereau esitteli termin "ferroresonanssi", ferrimagnetismin teoria ei ollut vielä täysin muodostunut ja kaikkia tämän tyyppisiä materiaaleja kutsuttiin ferromagneeteiksi, joten termi "ferroresonanssi" syntyi kuvaamaan resonanssin ilmiöstä piirissä, jossa on epälineaarinen induktanssi.

Ferroresonanssi ottaa resonanssin kylläisellä induktanssilla... Perinteisessä resonanssipiirissä kapasitiivinen ja induktiivinen resistanssi ovat aina samat, ja ainoa ehto ylijännitteen tai ylivirran esiintymiselle on, että värähtelyt vastaavat resonanssitaajuutta, tämä on vain yksi vakaa tila ja helppo estää seuraamalla jatkuvasti taajuutta tai ottamalla käyttöön aktiivinen vastus.

Ferroresonanssin kanssa tilanne on toinen. Induktiivinen resistanssi liittyy magneettivuon tiheyteen sydämessä, esimerkiksi muuntajan rautasydämessä, ja periaatteessa saadaan kaksi induktiivista reaktanssia riippuen tilanteesta kyllästyskäyrän suhteen: lineaarinen induktiivinen reaktanssi ja saturaatioinduktioreaktanssi .

Joten ferroresonanssia, kuten resonanssia RLC-piirissä, voi olla kahta päätyyppiä: virtojen ferroresonanssia ja jännitteiden ferroresonanssia... Kun induktanssi ja kapasitanssi kytketään sarjaan, jännitteet pyrkivät ferroresonanssiin rinnakkaiskytkennällä, virtojen ferroresonanssi. Jos piiri on erittäin haaroittunut, siinä on monimutkaisia ​​liitäntöjä, niin tässä tapauksessa on mahdotonta sanoa varmasti, onko siinä virtoja tai jännitteitä.

Ferroresonanssimoodi voi olla perustavanlaatuinen, aliharmoninen, kvasijaksollinen tai kaoottinen…. Perusmoodissa virtojen ja jännitteiden vaihtelut vastaavat järjestelmän taajuutta, aliharmonisessa tilassa virrat ja jännitteet ovat matalampia, jolloin perustaajuus on harmoninen. Kvasijaksolliset ja kaoottiset tilat ovat harvinaisia. Järjestelmässä esiintyvän ferroresonanssimoodin tyyppi riippuu järjestelmän parametreista ja alkuolosuhteista.

Ferroresonanssi kolmivaiheisten verkkojen normaaleissa käyttöolosuhteissa on epätodennäköistä, koska verkon muodostavien elementtien kapasitanssit vähenevät syöttötuloverkon induktanssin vuoksi.

Verkoissa, joissa on maadoittamaton nolla, ferroresonanssia esiintyy todennäköisemmin epätäydellisen vaiheen tilassa. Nollan eristäminen johtaa siihen, että verkon kapasitanssi maan suhteen on sarjassa tehomuuntajan kanssa ja tällaiset olosuhteet suosivat ferroresonanssia. Tällainen ferroresonanssille suotuisa epätäydellinen vaihemuoto syntyy, kun esimerkiksi jokin vaiheista katkeaa, tapahtuu epätäydellinen vaihesulku tai epäsymmetrinen oikosulku.

Yhtäkkiä sähköverkkoon ilmaantunut ferroresonanssi on haitallista, se voi aiheuttaa laitevaurioita.Vaarallisin on ferroresonanssin perusmoodi, kun sen taajuus on sama kuin järjestelmän perustaajuus. Subharmoninen ferroresonanssi taajuuksilla 1/5 ja 1/3 perustaajuudesta on vähemmän vaarallinen, koska virrat ovat pienempiä. Näin ollen suuri määrä sähköverkoissa ja muissa sähköjärjestelmissä tapahtuvia vikoja liittyy nimenomaan ferroresonanssiin, vaikka syy saattaa aluksi tuntua epäselvältä.

Katkot, kytkennät, transientit, salamahuippu voi aiheuttaa ferroresonanssia. Muutos verkon toimintatilassa tai ulkoinen vaikutus tai onnettomuus voi käynnistää ferroresonoivan tilan, vaikka se ei ehkä olekaan havaittavissa pitkään aikaan.

Jännitemuuntajien vauriot johtuvat usein juuri ferroresonanssista, joka johtaa tuhoavaan ylikuumenemiseen kaikki mahdolliset rajat ylittävien virtojen vaikutuksesta. Tällaisten ylikuumenemiseen liittyvien ongelmien estämiseksi ryhdytään teknisiin toimenpiteisiin, jotka liittyvät resonanssipiirin aktiivisen häviön pysyvään tai tilapäiseen kasvuun, minimoimalla resonanssivaikutuksen. Tällaisia ​​teknisiä toimenpiteitä ovat esimerkiksi se, että muuntajan magneettipiiri on osittain valmistettu paksuista teräslevyistä.