Elektrik devrelerinde ferrorezonans

1907'de Fransız mühendis Joseph Bethenot, ferrorezonans fenomenine ilk kez dikkat çektiği "Transformers'ta Rezonans Üzerine" (Sur le Transformateur? Résonance) adlı bir makale yayınladı.

Doğrudan, 13 yıl sonra, «ferrorezonans» terimi, Fransız mühendis ve elektrik mühendisliği öğretmeni Paul Bouchereau tarafından 1920 tarihli «İki Ferrorezonans Rejiminin Varlığı» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance) başlıklı makalesinde de tanıtıldı. Bouchereau, ferrorezonans fenomenini analiz etti ve bir kapasitör, bir direnç ve doğrusal olmayan bir indüktörden oluşan bir devrede iki kararlı rezonans frekansı olduğunu gösterdi.

Bu nedenle ferrorezonans olgusu, devrenin devresindeki endüktif elemanın doğrusal olmamasıyla ilgilidir... Bir elektrik devresinde meydana gelebilecek doğrusal olmayan rezonansa ferrorezonans denir ve oluşması için devrenin doğrusal olmayan içermesi gerekir. endüktans ve sıradan kapasitans.

Açıkçası, ferrorezonans kesinlikle lineer devrelerin doğasında yoktur. Devredeki endüktans doğrusalsa ve kapasitans doğrusal değilse ferrorezonansa benzer bir olgu mümkündür.Ferrorezonansın ana özelliği, bir devrenin, bozulmanın türüne bağlı olarak bu doğrusal olmayan rezonansın farklı modlarıyla karakterize edilmesidir.

Endüktans nasıl doğrusal olmayabilir? Esas olarak şu gerçeğinden dolayı manyetik devre Bu eleman, manyetik alana doğrusal olmayan bir şekilde tepki veren bir malzemeden yapılmıştır. Genellikle çekirdekler ferromanyetlerden veya ferrimanyetlerden yapılır ve Paul Bouchereau tarafından "ferrorezonans" terimi ortaya atıldığında, ferrimanyetizma teorisi henüz tam olarak oluşmamıştı ve bu türdeki tüm malzemelere ferromanyetler adı verildi, bu nedenle "ferrorezonans" terimi, belirtmek için ortaya çıktı. doğrusal olmayan bir endüktans ile bir devrede rezonans olgusunun.

Ferrorezonans, doymuş endüktans ile rezonans alır... Geleneksel bir rezonans devresinde, kapasitif ve endüktif dirençler her zaman birbirine eşittir ve aşırı gerilim veya aşırı akımın oluşmasının tek koşulu, salınımların rezonans frekansıyla eşleşmesidir, bu sadece frekansı sürekli izleyerek veya aktif direnç getirerek tek bir sabit durum ve önlenmesi kolaydır.

Ferrorezonans ile durum farklıdır. Endüktif direnç, çekirdekteki, örneğin transformatörün demir çekirdeğindeki manyetik akı yoğunluğu ile ilişkilidir ve doyma eğrisine göre duruma bağlı olarak temel olarak iki endüktif reaktans elde edilir: doğrusal endüktif reaktans ve doyma indüksiyon reaktansı .

Dolayısıyla ferrorezonans, bir RLC devresindeki rezonans gibi, iki ana tipte olabilir: akımların ferrorezonansı ve gerilimlerin ferrorezonansı... Endüktans ve kapasitansı seri bağlarken, paralel bağlantıyla gerilimlerin ferrorezonans eğilimi vardır. akımların ferrorezonansı. Devre çok dallanmışsa, karmaşık bağlantılar vardır, o zaman bu durumda içinde akım mı yoksa voltaj mı olacağını kesin olarak söylemek imkansızdır.

Ferrorezonans modu temel, alt harmonik, yarı periyodik veya kaotik olabilir…. Temel modda, akım ve gerilimlerdeki dalgalanmalar, sistemin frekansına karşılık gelir.Subharmonik modda, akımlar ve gerilimler, temel frekansın harmonik olduğu daha düşük bir frekansa sahiptir. Yarı periyodik ve kaotik modlar nadirdir. Sistemde meydana gelen ferrorezonans modunun türü, sistem parametrelerine ve başlangıç ​​koşullarına bağlıdır.

Üç fazlı şebekelerin normal çalışma koşullarında ferrorezonans pek olası değildir, çünkü şebekeyi oluşturan elemanların kapasitansları besleme giriş şebekesinin endüktansı ile azalır.

Topraklanmamış bir nötre sahip ağlarda, eksik faz modunda ferrorezonansın ortaya çıkması daha olasıdır. Nötrün izolasyonu, şebekenin toprağa göre kapasitansının güç trafosu ile seri olmasına ve bu tür koşulların ferrorezonans lehine olmasına yol açar. Ferrorezonans için uygun olan böyle bir eksik faz modu, örneğin fazlardan biri bozulduğunda, tamamlanmamış bir faz dahil edilmesi veya bir asimetrik kısa devre olduğunda ortaya çıkar.

Elektrik şebekesinde aniden ortaya çıkan ferrorezonans zararlıdır, ekipmanın hasar görmesine neden olabilir.En tehlikelisi, frekansı sistemin temel frekansıyla çakıştığında temel ferrorezonans modudur. Temel frekansın 1/5 ve 1/3 frekanslarındaki subharmonik ferrorezonans daha az tehlikelidir çünkü akımlar daha küçüktür. Bu nedenle, ilk başta nedeni belirsiz görünse de, elektrik şebekelerinde ve diğer güç sistemlerindeki çok sayıda arıza tam olarak ferrorezonansla ilişkilidir.

Kesintiler, bağlantılar, geçişler, yıldırım dalgalanması ferrorezonansa neden olabilir. Ağ çalışma modundaki bir değişiklik veya harici bir etki veya kaza, ferrorezonans modunu başlatabilir, ancak bu uzun süre fark edilmeyebilir.

Gerilim trafolarının hasar görmesi genellikle tam olarak, tüm olası sınırları aşan akımların etkisiyle yıkıcı aşırı ısınmaya yol açan ferrorezonanstan kaynaklanır. Aşırı ısınmaya bağlı bu tür sorunları önlemek için, rezonans devresindeki aktif kaybın kalıcı veya geçici olarak artması ve rezonans etkisinin en aza indirilmesi ile ilgili teknik önlemler alınır. Bu tür teknik önlemler, örneğin, transformatörün manyetik devresinin kısmen kalın çelik saclardan yapılmasından oluşur.