Ferroresonantie in elektrische circuits

In 1907 publiceerde de Franse ingenieur Joseph Bethenot een artikel "On Resonance in Transformers" (Sur le Transformateur? Résonance), waarin hij voor het eerst de aandacht vestigde op het fenomeen ferroresonantie.

Direct werd de term «ferroresonantie», 13 jaar later, ook geïntroduceerd door de Franse ingenieur en leraar elektrotechniek Paul Bouchereau in zijn artikel uit 1920 getiteld «Het bestaan ​​van twee regimes van ferroresonantie» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonantie). Bouchereau analyseerde het fenomeen ferroresonantie en toonde aan dat er twee stabiele resonantiefrequenties zijn in een circuit dat bestaat uit een condensator, een weerstand en een niet-lineaire inductor.

Daarom is het fenomeen van ferroresonantie gerelateerd aan de niet-lineariteit van het inductieve element in het circuit van het circuit... De niet-lineaire resonantie die kan optreden in een elektrisch circuit wordt ferroresonantie genoemd, en voor het optreden ervan is het noodzakelijk dat het circuit niet-lineaire inductie en gewone capaciteit.

Het is duidelijk dat ferroresonantie absoluut niet inherent is aan lineaire circuits. Als de inductantie in het circuit lineair is en de capaciteit niet-lineair, dan is een fenomeen vergelijkbaar met ferroresonantie mogelijk.Het belangrijkste kenmerk van ferroresonantie is dat een circuit wordt gekenmerkt door verschillende modi van deze niet-lineaire resonantie, afhankelijk van het type storing.

Hoe kan inductantie niet-lineair zijn? Voornamelijk vanwege het feit dat magnetisch circuit Dit element is gemaakt van een materiaal dat niet-lineair reageert op een magnetisch veld. Gewoonlijk zijn de kernen gemaakt van ferromagneten of ferrimagneten en toen de term "ferroresonantie" werd geïntroduceerd door Paul Bouchereau, was de theorie van ferrimagnetisme nog niet volledig gevormd en werden alle materialen van dit soort ferromagneten genoemd, dus de term "ferroresonantie" ontstond om aan te duiden van het fenomeen resonantie in een circuit met een niet-lineaire inductantie.

Ferroresonantie neemt resonantie met verzadigde inductantie ... In een conventioneel resonantiecircuit zijn de capacitieve en inductieve weerstanden altijd gelijk aan elkaar, en de enige voorwaarde voor het optreden van overspanning of overstroom is dat de oscillaties overeenkomen met de resonantiefrequentie, dit is gewoon een stabiele toestand en gemakkelijk te voorkomen, door continu de frequentie te bewaken of actieve weerstand in te voeren.

De situatie met ferroresonantie is anders. De inductieve weerstand is gerelateerd aan de magnetische fluxdichtheid in de kern, bijvoorbeeld in de ijzeren kern van de transformator, en in principe worden twee inductieve reactanties verkregen, afhankelijk van de situatie met betrekking tot de verzadigingscurve: lineaire inductieve reactantie en verzadigingsinductiereactantie .

Dus ferroresonantie, zoals resonantie in een RLC-circuit, kan van twee hoofdtypen zijn: ferroresonantie van stromen en ferroresonantie van spanningen... Wanneer inductantie en capaciteit in serie worden geschakeld, is er een neiging tot ferroresonantie van spanningen, met een parallelle verbinding, voor ferroresonantie van stromingen. Als het circuit sterk vertakt is, zijn er complexe verbindingen, dan is het in dit geval onmogelijk om met zekerheid te zeggen of er stromen of spanningen in zullen zitten.

De ferroresonante modus kan fundamenteel, subharmonisch, quasi-periodiek of chaotisch zijn…. In de fundamentele modus komen de fluctuaties in de stromen en spanningen overeen met de frequentie van het systeem.In de subharmonische modus hebben de stromen en spanningen een lagere frequentie, waarbij de fundamentele frequentie harmonisch is. Quasi-periodieke en chaotische modi zijn zeldzaam. Het type ferroresonante modus dat in het systeem voorkomt, hangt af van de systeemparameters en de beginvoorwaarden.

Ferroresonantie onder normale bedrijfsomstandigheden van driefasige netwerken is onwaarschijnlijk, aangezien de capaciteiten van de elementen waaruit het netwerk bestaat, worden verminderd door de inductantie van het voedingsingangsnetwerk.

In netwerken met een niet-geaarde nulleider is de kans groter dat ferroresonantie optreedt in de onvolledige fasemodus. Isolatie van de nulleider leidt ertoe dat de capaciteit van het netwerk ten opzichte van de aarde in serie staat met de vermogenstransformator en dergelijke omstandigheden bevorderen ferroresonantie. Een dergelijke onvolledige fasemodus die gunstig is voor ferroresonantie treedt op wanneer bijvoorbeeld een van de fasen onderbroken is, er een onvolledige fase-insluiting is of een asymmetrische kortsluiting.

De ferroresonantie die plotseling in het elektrische netwerk verscheen, is schadelijk en kan schade aan apparatuur veroorzaken.De gevaarlijkste is de fundamentele modus van ferroresonantie, wanneer de frequentie ervan samenvalt met de fundamentele frequentie van het systeem. Subharmonische ferroresonantie bij frequenties 1/5 en 1/3 van de grondfrequentie is minder gevaarlijk omdat de stromen kleiner zijn. Een groot aantal storingen in elektriciteitsnetten en andere elektriciteitssystemen houdt dus precies verband met ferroresonantie, hoewel de oorzaak in eerste instantie onduidelijk lijkt.

Pauzes, verbindingen, transiënten, bliksemschicht kan ferroresonantie veroorzaken. Een verandering in de netwerkbedrijfsmodus of een externe invloed of ongeval kan een ferroresonante modus initiëren, hoewel dit lange tijd niet merkbaar is.

Schade aan spanningstransformatoren wordt vaak juist veroorzaakt door ferroresonantie, wat leidt tot destructieve oververhitting door de werking van stromen die alle mogelijke limieten overschrijden. Om dergelijke problemen met betrekking tot oververhitting te voorkomen, worden technische maatregelen genomen, gerelateerd aan een permanente of tijdelijke toename van het actieve verlies in de resonantiekring, waardoor het resonantie-effect wordt geminimaliseerd. Dergelijke technische maatregelen bestaan ​​er bijvoorbeeld in dat het magnetische circuit van de transformator gedeeltelijk uit dikke staalplaten bestaat.