Ferorezonancia v elektrických obvodoch

V roku 1907 publikoval francúzsky inžinier Joseph Bethenot článok „O rezonancii v transformátoroch“ (Sur le Transformateur? Resonance), kde prvýkrát upozornil na fenomén ferorezonancie.

Priamo termín „ferorezonancia“ zaviedol o 13 rokov neskôr aj francúzsky inžinier a učiteľ elektrotechniky Paul Bouchereau vo svojom článku z roku 1920 s názvom „Existencia dvoch režimov ferorezonancie“ (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau analyzoval fenomén ferorezonancie a ukázal, že v obvode pozostávajúcom z kondenzátora, odporu a nelineárneho induktora existujú dve stabilné rezonančné frekvencie.

Preto jav ferorezonancie súvisí s nelinearitou indukčného prvku v obvode obvodu... Nelineárna rezonancia, ktorá sa môže vyskytnúť v elektrickom obvode sa nazýva ferorezonancia a pre jej vznik je potrebné, aby obvod obsahoval nelineárne indukčnosť a obyčajná kapacita.

Je zrejmé, že ferorezonancia absolútne nie je vlastná lineárnym obvodom. Ak je indukčnosť v obvode lineárna a kapacita je nelineárna, potom je možný jav podobný ferorezonancii.Hlavnou charakteristikou ferorezonancie je, že obvod je charakterizovaný rôznymi režimami tejto nelineárnej rezonancie v závislosti od typu rušenia.

Ako môže byť indukčnosť nelineárna? Hlavne kvôli tomu, že magnetický obvod Tento prvok je vyrobený z materiálu, ktorý nelineárne reaguje na magnetické pole. Jadrá sú zvyčajne vyrobené z feromagnetík alebo ferimagnetík a keď Paul Bouchereau zaviedol pojem „feromagnetizmus“, teória ferimagnetizmu ešte nebola úplne vytvorená a všetky materiály tohto druhu sa nazývali feromagnety, takže termín „ferorezonancia“ vznikol na označenie javu rezonancie v obvode s nelineárnou indukčnosťou.

Ferorezonancia preberá rezonanciu s nasýtenou indukčnosťou... V bežnom rezonančnom obvode sú kapacitné a indukčné odpory vždy rovnaké a jedinou podmienkou pre vznik prepätia alebo nadprúdu je, aby sa oscilácie zhodovali s rezonančnou frekvenciou, to je len jeden ustálený stav, ktorému sa dá ľahko zabrániť nepretržitým monitorovaním frekvencie alebo zavedením aktívneho odporu.

Situácia s ferorezonanciou je iná. Indukčný odpor súvisí s hustotou magnetického toku v jadre, napríklad v železnom jadre transformátora, a v zásade sa získajú dve indukčné reaktancie, v závislosti od situácie vzhľadom na saturačnú krivku: lineárna indukčná reaktancia a saturačná indukčná reaktancia. .

Takže ferorezonancia, podobne ako rezonancia v RLC obvode, môže byť dvoch hlavných typov: ferorezonancia prúdov a ferorezonancia napätí... Pri zapojení indukčnosti a kapacity do série existuje tendencia k ferorezonancii napätí, pri paralelnom zapojení, napr. ferorezonancia prúdov. Ak je obvod vysoko rozvetvený, existujú zložité spojenia, potom v tomto prípade nie je možné s istotou povedať, či v ňom budú prúdy alebo napätia.

Ferorezonančný mód môže byť základný, subharmonický, kváziperiodický alebo chaotický…. V základnom režime kolísanie prúdov a napätí zodpovedá frekvencii sústavy, v subharmonickom režime majú prúdy a napätia nižšiu frekvenciu, pre ktorú je základná frekvencia harmonická. Kváziperiodické a chaotické režimy sú zriedkavé. Typ ferorezonančného režimu, ktorý sa v systéme vyskytuje, závisí od parametrov systému a počiatočných podmienok.

Ferorezonancia za normálnych prevádzkových podmienok trojfázových sietí je nepravdepodobná, pretože kapacity prvkov tvoriacich sieť sú znížené o indukčnosť napájacej vstupnej siete.

V sieťach s neuzemneným neutrálom sa ferorezonancia pravdepodobnejšie vyskytuje v režime neúplnej fázy. Izolácia neutrálu vedie k tomu, že kapacita siete voči zemi je v sérii s výkonovým transformátorom a takéto podmienky podporujú ferorezonanciu. K takémuto neúplnému fázovému módu priaznivému pre ferorezonanciu dochádza, keď je napríklad jedna z fáz prerušená, dôjde k neúplnej inklúzii fázy alebo k asymetrickému skratu.

Ferorezonancia, ktorá sa náhle objavila v elektrickej sieti, je škodlivá, môže spôsobiť poškodenie zariadenia.Najnebezpečnejší je základný mód ferorezonancie, keď sa jeho frekvencia zhoduje so základnou frekvenciou systému. Subharmonická ferorezonancia pri frekvenciách 1/5 a 1/3 základnej frekvencie je menej nebezpečná, pretože prúdy sú menšie. Veľký počet porúch v elektrických sieťach a iných energetických systémoch teda presne súvisí s ferorezonanciou, aj keď sa na prvý pohľad môže zdať príčina nejasná.

Prerušenia, spojenia, prechody, prepätie blesku môže spôsobiť ferorezonanciu. Zmena režimu prevádzky siete alebo vonkajší vplyv alebo nehoda môžu spustiť ferorezonančný režim, aj keď to nemusí byť dlhší čas viditeľné.

Poškodenie napäťových transformátorov je často spôsobené práve ferorezonanciou, ktorá vedie k deštruktívnemu prehriatiu v dôsledku pôsobenia prúdov prekračujúcich všetky možné limity. Na predchádzanie takýmto problémom súvisiacim s prehrievaním sa vykonávajú technické opatrenia súvisiace s trvalým alebo dočasným zvýšením aktívnej straty v rezonančnom obvode, minimalizujúce rezonančný efekt. Takéto technické opatrenia spočívajú napríklad v tom, že magnetický obvod transformátora je čiastočne vyrobený z hrubých oceľových plechov.