Ferorezonanța în circuitele electrice

În 1907, inginerul francez Joseph Bethenot a publicat un articol „Despre rezonanța în transformatoare” (Sur le Transformateur? Résonance), unde a atras pentru prima dată atenția asupra fenomenului ferorezonanței.

Direct, termenul de „ferrorezonanță”, 13 ani mai târziu, a fost introdus și de inginerul francez și profesorul de electrotehnică Paul Bouchereau în articolul său din 1920 intitulat „Existența a două regimuri de ferrorezonanță” (Öexistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau a analizat fenomenul ferorezonanței și a arătat că există două frecvențe de rezonanță stabile într-un circuit format dintr-un condensator, un rezistor și un inductor neliniar.

Prin urmare, fenomenul de ferorezonanță este legat de neliniaritatea elementului inductiv din circuitul circuitului... Rezonanța neliniară care poate apărea într-un circuit electric se numește ferorezonanță, iar pentru apariția ei este necesar ca circuitul să conțină neliniare. inductanța și capacitatea obișnuită.

Evident, ferorezonanța nu este absolut inerentă circuitelor liniare. Dacă inductanța din circuit este liniară și capacitatea este neliniară, atunci este posibil un fenomen similar cu ferorezonanța.Principala caracteristică a ferorezonanței este că un circuit este caracterizat de diferite moduri ale acestei rezonanțe neliniare, în funcție de tipul de perturbare.

Cum poate fi inductanța neliniară? În principal datorită faptului că circuit magnetic Acest element este realizat dintr-un material care reacționează neliniar la un câmp magnetic. De obicei, miezurile sunt realizate din feromagneți sau ferimagneți și atunci când termenul de „ferorezonanță” a fost introdus de Paul Bouchereau, teoria ferimagnetismului nu era încă pe deplin formată și toate materialele de acest fel au fost numite feromagneți, așa că termenul de „ferorezonanță” a apărut pentru a desemna a fenomenului de rezonanţă într-un circuit cu o inductanţă neliniară.

Ferorezonanța are rezonanță cu inductanța saturată... Într-un circuit rezonant convențional, rezistențele capacitive și inductive sunt întotdeauna egale între ele, iar singura condiție pentru ca supratensiune sau supracurent să apară este ca oscilațiile să se potrivească cu frecvența de rezonanță, aceasta este doar o stare de echilibru și ușor de prevenit, prin monitorizarea continuă a frecvenței sau introducerea rezistenței active.

Situația cu ferorezonanța este diferită. Rezistența inductivă este legată de densitatea fluxului magnetic în miez, de exemplu în miezul de fier al transformatorului, și practic se obțin două reactanțe inductive, în funcție de situația față de curba de saturație: reactanța inductivă liniară și reactanța de inducție de saturație. .

Deci ferorezonanța, ca și rezonanța într-un circuit RLC, poate fi de două tipuri principale: ferorezonanța curenților și ferorezonanța tensiunilor... La conectarea inductanței și capacității în serie, există o tendință de ferorezonanță a tensiunilor, cu o conexiune în paralel, pt. ferorezonanța curenților. Dacă circuitul este foarte ramificat, există conexiuni complexe, atunci în acest caz este imposibil să spunem cu siguranță dacă vor exista curenți sau tensiuni în el.

Modul ferorezonant poate fi fundamental, subarmonic, cvasi-periodic sau haotic... În modul fundamental, fluctuațiile curenților și tensiunilor corespund frecvenței sistemului.În modul subarmonic, curenții și tensiunile au o frecvență mai mică, pentru care frecvența fundamentală este armonică. Modurile cvasi-periodice și haotice sunt rare. Tipul de mod ferorezonant care apare în sistem depinde de parametrii sistemului și de condițiile inițiale.

Ferorezonanța în condiții normale de funcționare a rețelelor trifazate este puțin probabilă, deoarece capacitățile elementelor care alcătuiesc rețeaua sunt reduse de inductanța rețelei de intrare de alimentare.

În rețelele cu un neutru neîmpământat, ferorezonanța este mai probabil să apară în modul de fază incompletă. Izolarea neutrului duce la faptul că capacitatea rețelei față de pământ este în serie cu transformatorul de putere și astfel de condiții favorizează ferorezonanța. Un astfel de mod de fază incomplet favorabil ferorezonanței apare atunci când, de exemplu, una dintre faze este întreruptă, există o includere de fază incompletă sau un scurtcircuit asimetric.

Ferorezonanța care a apărut brusc în rețeaua electrică este dăunătoare, poate provoca deteriorarea echipamentelor.Cel mai periculos este modul fundamental de ferorezonanță, când frecvența acestuia coincide cu frecvența fundamentală a sistemului. Ferorezonanța subarmonică la frecvențele 1/5 și 1/3 din frecvența fundamentală este mai puțin periculoasă deoarece curenții sunt mai mici. Astfel, un număr mare de defecțiuni în rețelele electrice și în alte sisteme de alimentare sunt legate tocmai de ferorezonanța, deși la început cauza poate părea obscură.

Rupere, conexiuni, tranzitorii, val fulgerător poate provoca ferorezonanță. O schimbare a modului de funcționare a rețelei sau o influență externă sau un accident poate iniția un mod ferorezonant, deși acest lucru poate să nu fie vizibil pentru o lungă perioadă de timp.

Deteriorarea transformatoarelor de tensiune este adesea cauzată tocmai de ferorezonanță, ceea ce duce la supraîncălzire distructivă din cauza acțiunii curenților care depășesc toate limitele posibile. Pentru prevenirea unor astfel de necazuri legate de supraîncălzire se iau măsuri tehnice, legate de o creștere permanentă sau temporară a pierderii active în circuitul rezonant, minimizând efectul de rezonanță. Astfel de măsuri tehnice constau, de exemplu, în aceea că circuitul magnetic al transformatorului este realizat parțial din foi de oțel groase.