Ferroresonans i elektriske kretser

I 1907 publiserte den franske ingeniøren Joseph Bethenot en artikkel «On Resonance in Transformers» (Sur le Transformateur? Résonance), hvor han først trakk oppmerksomheten til fenomenet ferroresonans.

Direkte, begrepet «ferroresonance», 13 år senere, ble også introdusert av den franske ingeniøren og elektroingeniørlæreren Paul Bouchereau i hans artikkel fra 1920 med tittelen «The Existence of Two Regimes of Ferroresonance» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau analyserte fenomenet ferroresonans og viste at det er to stabile resonansfrekvenser i en krets bestående av en kondensator, en motstand og en ikke-lineær induktor.

Derfor er fenomenet ferroresonans relatert til ikke-lineariteten til det induktive elementet i kretsen til kretsen... Den ikke-lineære resonansen som kan oppstå i en elektrisk krets kalles ferroresonans, og for dens forekomst er det nødvendig at kretsen inneholder ikke-lineær induktans og ordinær kapasitans.

Ferroresonans er åpenbart ikke iboende i lineære kretser. Hvis induktansen i kretsen er lineær og kapasitansen er ikke-lineær, er et fenomen som ligner ferroresonans mulig.Hovedkarakteristikken til ferroresonans er at en krets er preget av forskjellige moduser av denne ikke-lineære resonansen, avhengig av typen forstyrrelse.

Hvordan kan induktansen være ikke-lineær? Hovedsakelig på grunn av det magnetisk krets Dette elementet er laget av et materiale som reagerer ikke-lineært på et magnetfelt. Vanligvis er kjernene laget av ferromagneter eller ferrimagneter, og da begrepet «ferroresonans» ble introdusert av Paul Bouchereau, var teorien om ferrimagnetisme ennå ikke fullstendig dannet og alle materialer av denne typen ble kalt ferromagneter, så begrepet «ferroresonans» oppsto for å betegne av fenomenet resonans i en krets med en ikke-lineær induktans.

Ferroresonans tar resonans med mettet induktans... I en konvensjonell resonanskrets er den kapasitive og induktive motstanden alltid lik hverandre, og den eneste betingelsen for at overspenning eller overstrøm skal oppstå er at oscillasjonene stemmer med resonansfrekvensen, dette er bare en stabil tilstand og lett å forhindre, ved kontinuerlig overvåking av frekvensen eller innføring av aktiv motstand.

Situasjonen med ferroresonans er annerledes. Den induktive motstanden er relatert til den magnetiske flukstettheten i kjernen, for eksempel i jernkjernen til transformatoren, og i utgangspunktet oppnås to induktive reaktanser, avhengig av situasjonen med hensyn til metningskurven: lineær induktiv reaktans og metningsinduksjonsreaktans .

Så ferroresonans, som resonans i en RLC-krets, kan være av to hovedtyper: ferroresonans av strømmer og ferroresonans av spenninger... Ved seriekobling av induktans og kapasitans er det en tendens til ferroresonans av spenninger, med en parallellkobling, for f.eks. ferroresonans av strømmer. Hvis kretsen er svært forgrenet, er det komplekse forbindelser, i dette tilfellet er det umulig å si sikkert om det vil være strømmer eller spenninger i den.

Den ferroresonante modusen kan være fundamental, subharmonisk, kvasi-periodisk eller kaotisk... I grunnmodus tilsvarer svingningene i strømmene og spenningene systemets frekvens I subharmonisk modus har strømmene og spenningene en lavere frekvens, hvor grunnfrekvensen er harmonisk. Kvasi-periodiske og kaotiske moduser er sjeldne. Typen ferroresonantmodus som oppstår i systemet avhenger av systemparametrene og startforholdene.

Ferroresonans under normale driftsforhold for trefasenettverk er usannsynlig, siden kapasitansene til elementene som utgjør nettverket reduseres av induktansen til forsyningsinngangsnettverket.

I nettverk med en ujordet nøytral er det mer sannsynlig at ferroresonans oppstår i ufullstendig fasemodus. Isolering av nøytralen fører til at kapasitansen til nettverket med hensyn til jord er i serie med krafttransformatoren og slike forhold favoriserer ferroresonans. En slik ufullstendig fasemodus gunstig for ferroresonans oppstår når for eksempel en av fasene er brutt, det er en ufullstendig faseinkludering eller en asymmetrisk kortslutning.

Ferroresonansen som plutselig dukket opp i det elektriske nettverket er skadelig, den kan forårsake skade på utstyret.Den farligste er den grunnleggende modusen for ferroresonans, når dens frekvens faller sammen med den grunnleggende frekvensen til systemet. Subharmonisk ferroresonans ved frekvensene 1/5 og 1/3 av grunnfrekvensen er mindre farlig fordi strømmene er mindre. Dermed er et stort antall feil i strømnett og andre kraftsystemer nettopp relatert til ferroresonans, selv om årsaken i begynnelsen kan virke uklar.

Brudd, tilkoblinger, transienter, lynbølge kan forårsake ferroresonans. En endring i nettverksdriftsmodus eller en ekstern påvirkning eller ulykke kan initiere en ferroresonant modus, selv om dette kanskje ikke er merkbart på lenge.

Skader på spenningstransformatorer er ofte forårsaket nettopp av ferroresonans, noe som fører til destruktiv overoppheting på grunn av virkningen av strømmer som overskrider alle mulige grenser. For å forhindre slike problemer knyttet til overoppheting, tas det tekniske tiltak knyttet til en permanent eller midlertidig økning av det aktive tapet i resonanskretsen, som minimerer resonanseffekten. Slike tekniske tiltak består for eksempel i at transformatorens magnetiske krets er delvis laget av tykke stålplater.