Ferroresonans i elektriske kredsløb

I 1907 udgav den franske ingeniør Joseph Bethenot en artikel "Om resonans i transformere" (Sur le Transformateur? Résonance), hvor han først gjorde opmærksom på fænomenet ferroresonans.

Direkte blev udtrykket «ferroresonance», 13 år senere, også introduceret af den franske ingeniør og elektroingeniørlærer Paul Bouchereau i hans artikel fra 1920 med titlen «The Existence of Two Regimes of Ferroresonance» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau analyserede fænomenet ferroresonans og viste, at der er to stabile resonansfrekvenser i et kredsløb bestående af en kondensator, en modstand og en ikke-lineær induktor.

Derfor er fænomenet ferroresonans relateret til det induktive elements ulinearitet i kredsløbet... Den ikke-lineære resonans, der kan opstå i et elektrisk kredsløb, kaldes ferroresonans, og for dens forekomst er det nødvendigt, at kredsløbet indeholder ikke-lineære induktans og almindelig kapacitans.

Det er klart, at ferroresonans absolut ikke er iboende i lineære kredsløb. Hvis induktansen i kredsløbet er lineær, og kapacitansen er ikke-lineær, så er et fænomen svarende til ferroresonans muligt.Det vigtigste kendetegn ved ferroresonans er, at et kredsløb er karakteriseret ved forskellige tilstande af denne ikke-lineære resonans, afhængigt af typen af ​​forstyrrelse.

Hvordan kan induktansen være ikke-lineær? Primært på grund af det magnetisk kredsløb Dette element er lavet af et materiale, der reagerer ikke-lineært på et magnetfelt. Normalt er kernerne lavet af ferromagneter eller ferrimagneter, og da udtrykket «ferroresonans» blev introduceret af Paul Bouchereau, var teorien om ferrimagnetisme endnu ikke fuldt udformet, og alle materialer af denne art blev kaldt ferromagneter, så udtrykket «ferroresonans» opstod for at betegne af fænomenet resonans i et kredsløb med en ikke-lineær induktans.

Ferroresonans tager resonans med mættet induktans... I et konventionelt resonanskredsløb er den kapacitive og induktive modstand altid lig med hinanden, og den eneste betingelse for at overspænding eller overstrøm kan opstå er, at svingningerne matcher resonansfrekvensen, dette er bare én steady state og let at forhindre, ved løbende at overvåge frekvensen eller indføre aktiv modstand.

Situationen med ferroresonans er anderledes. Den induktive modstand er relateret til den magnetiske fluxtæthed i kernen, for eksempel i transformatorens jernkerne, og grundlæggende opnås to induktive reaktanser, afhængig af situationen med hensyn til mætningskurven: lineær induktiv reaktans og mætningsinduktionsreaktans .

Så ferroresonans, ligesom resonans i et RLC-kredsløb, kan være af to hovedtyper: ferroresonans af strømme og ferroresonans af spændinger... Ved seriekobling af induktans og kapacitans er der en tendens til ferroresonans af spændinger, med en parallelforbindelse, f.eks. ferroresonans af strømme. Hvis kredsløbet er meget forgrenet, er der komplekse forbindelser, så i dette tilfælde er det umuligt at sige med sikkerhed, om der vil være strømme eller spændinger i det.

Den ferroresonante tilstand kan være fundamental, subharmonisk, kvasi-periodisk eller kaotisk... I grundtilstanden svarer udsvingene i strømmene og spændingerne til systemets frekvens I den subharmoniske tilstand har strømmene og spændingerne en lavere frekvens, for hvilken grundfrekvensen er harmonisk. Kvasi-periodiske og kaotiske tilstande er sjældne. Typen af ​​ferroresonant tilstand, der opstår i systemet, afhænger af systemparametrene og startbetingelserne.

Ferroresonans under normale driftsforhold for trefasede netværk er usandsynligt, da kapacitanserne af de elementer, der udgør netværket, reduceres af induktansen af ​​forsyningsinputnetværket.

I netværk med en ujordet neutral er det mere sandsynligt, at ferroresonans forekommer i den ufuldstændige fasetilstand. Isolering af neutralen fører til, at netværkets kapacitans i forhold til jord er i serie med strømtransformatoren, og sådanne forhold favoriserer ferroresonans. En sådan ufuldstændig fasetilstand, der er gunstig for ferroresonans, opstår, når for eksempel en af ​​faserne er brudt, der er en ufuldstændig faseinkludering eller en asymmetrisk kortslutning.

Ferroresonansen, der pludselig dukkede op i det elektriske netværk, er skadelig, den kan forårsage skade på udstyr.Den farligste er den grundlæggende ferroresonanstilstand, når dens frekvens falder sammen med systemets grundlæggende frekvens. Subharmonisk ferroresonans ved frekvenserne 1/5 og 1/3 af grundfrekvensen er mindre farlig, fordi strømmene er mindre. En lang række fejl i elnet og andre elsystemer er således netop relateret til ferroresonans, selvom årsagen i første omgang kan virke uklar.

Brud, forbindelser, transienter, lynnedslag kan forårsage ferroresonans. En ændring i netværksdriftstilstand eller en ekstern påvirkning eller ulykke kan initiere en ferroresonant tilstand, selvom dette måske ikke er mærkbart i lang tid.

Skader på spændingstransformatorer skyldes ofte netop ferroresonans, hvilket fører til destruktiv overophedning på grund af virkningen af ​​strømme, der overskrider alle mulige grænser. For at forhindre sådanne problemer relateret til overophedning træffes tekniske foranstaltninger, relateret til en permanent eller midlertidig stigning af det aktive tab i resonanskredsløbet, hvilket minimerer resonanseffekten. Sådanne tekniske foranstaltninger består for eksempel i, at transformatorens magnetiske kredsløb delvist er lavet af tykke stålplader.