Ferroresonans i elektriska kretsar
1907 publicerade den franske ingenjören Joseph Bethenot en artikel "Om resonans i transformatorer" (Sur le Transformateur? Résonance), där han först uppmärksammade fenomenet ferroresonans.
Direkt introducerades termen «ferroresonance», 13 år senare, också av den franske ingenjören och elektroteknikläraren Paul Bouchereau i hans artikel från 1920 med titeln «The Existence of Two Regimes of Ferroresonance» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau analyserade fenomenet ferroresonans och visade att det finns två stabila resonansfrekvenser i en krets bestående av en kondensator, ett motstånd och en olinjär induktor.
Därför är fenomenet ferroresonans relaterat till det induktiva elementets olinjäritet i kretsens krets... Den olinjära resonansen som kan uppstå i en elektrisk krets kallas ferroresonans, och för dess förekomst är det nödvändigt att kretsen innehåller olinjära induktans och vanlig kapacitans.
Uppenbarligen är ferroresonans absolut inte inneboende i linjära kretsar. Om induktansen i kretsen är linjär och kapacitansen är olinjär, är ett fenomen som liknar ferroresonans möjligt.Det huvudsakliga kännetecknet för ferroresonans är att en krets kännetecknas av olika moder av denna olinjära resonans, beroende på typen av störning.
Hur kan induktansen vara icke-linjär? Främst på grund av att magnetisk krets Detta element är tillverkat av ett material som reagerar olinjärt på ett magnetfält. Vanligtvis är kärnorna gjorda av ferromagneter eller ferrimagneter och när termen «ferroresonans» introducerades av Paul Bouchereau, var teorin om ferrimagnetism ännu inte helt utbildad och alla material av detta slag kallades ferromagneter, så termen «ferroresonans» uppstod för att beteckna av fenomenet resonans i en krets med en icke-linjär induktans.
Ferroresonans tar resonans med mättad induktans... I en konventionell resonanskrets är de kapacitiva och induktiva resistanserna alltid lika med varandra, och det enda villkoret för att överspänning eller överström ska uppstå är att svängningarna matchar resonansfrekvensen, detta är bara ett stabilt tillstånd och lätt att förhindra genom att kontinuerligt övervaka frekvensen eller införa aktivt motstånd.
Situationen med ferroresonans är annorlunda. Det induktiva motståndet är relaterat till den magnetiska flödestätheten i kärnan, till exempel i transformatorns järnkärna, och i princip erhålls två induktiva reaktanser, beroende på situationen med avseende på mättnadskurvan: linjär induktiv reaktans och mättnadsinduktionsreaktans .
Så ferroresonans, liksom resonans i en RLC-krets, kan vara av två huvudtyper: ferroresonans av strömmar och ferroresonans av spänningar... Vid seriekoppling av induktans och kapacitans finns det en tendens till ferroresonans av spänningar, med en parallellkoppling, t.ex. strömmars ferroresonans. Om kretsen är mycket förgrenad finns det komplexa anslutningar, i det här fallet är det omöjligt att säga säkert om det kommer att finnas strömmar eller spänningar i den.
Det ferroresonanta läget kan vara fundamentalt, subharmoniskt, kvasi-periodiskt eller kaotiskt... I grundmoden motsvarar fluktuationerna i strömmarna och spänningarna systemets frekvens I subharmoniskt läge har strömmarna och spänningarna en lägre frekvens, för vilken grundfrekvensen är harmonisk. Kvasiperiodiska och kaotiska lägen är sällsynta. Typen av ferroresonantläge som uppstår i systemet beror på systemparametrarna och initialförhållandena.
Ferroresonans under normala driftsförhållanden för trefasnätverk är osannolikt, eftersom kapacitanserna för elementen som utgör nätverket reduceras av induktansen hos matningsinmatningsnätverket.
I nätverk med en ojordad neutral är det mer sannolikt att ferroresonans uppstår i det ofullständiga fasläget. Isolering av nollan leder till att nätverkets kapacitans med avseende på jord är i serie med krafttransformatorn och sådana förhållanden gynnar ferroresonans. Ett sådant ofullständigt fasläge som är gynnsamt för ferroresonans uppstår när till exempel en av faserna är bruten, det finns en ofullständig fasinneslutning eller en asymmetrisk kortslutning.
Ferroresonansen som plötsligt dök upp i elnätet är skadlig, den kan orsaka skador på utrustningen.Det farligaste är det grundläggande läget för ferroresonans, när dess frekvens sammanfaller med systemets grundläggande frekvens. Subharmonisk ferroresonans vid frekvenserna 1/5 och 1/3 av grundfrekvensen är mindre farlig eftersom strömmarna är mindre. Således är ett stort antal fel i elnät och andra kraftsystem just relaterade till ferroresonans, även om orsaken till en början kan verka oklar.
Avbrott, anslutningar, transienter, blixtvåg kan orsaka ferroresonans. En förändring i nätverksdriftsläge eller en extern påverkan eller olycka kan initiera ett ferroresonantläge, även om detta kanske inte märks under lång tid.
Skador på spänningstransformatorer orsakas ofta just av ferroresonans, vilket leder till destruktiv överhettning på grund av verkan av strömmar som överskrider alla möjliga gränser. För att förhindra sådana problem relaterade till överhettning vidtas tekniska åtgärder, relaterade till en permanent eller tillfällig ökning av den aktiva förlusten i resonanskretsen, vilket minimerar resonanseffekten. Sådana tekniska åtgärder består till exempel i att transformatorns magnetkrets delvis är gjord av tjocka stålplåtar.