เฟอร์เรโซแนนซ์ในวงจรไฟฟ้า

ในปี 1907 Joseph Bethenot วิศวกรชาวฝรั่งเศสได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง On Resonance in Transformers (Sur le Transformateur? Résonance) ซึ่งเขาได้ดึงความสนใจไปที่ปรากฏการณ์ของ ferroresonance เป็นครั้งแรก

โดยตรง คำว่า «เฟอร์โรเรโซแนนซ์» 13 ปีต่อมา ยังได้รับการแนะนำโดยพอล บูเชอโร วิศวกรและอาจารย์วิศวกรรมไฟฟ้าชาวฝรั่งเศสในบทความปี 1920 ของเขาที่ชื่อ «การมีอยู่ของสองระบบของเฟอร์โรเรโซแนนซ์» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance) Bouchereau วิเคราะห์ปรากฏการณ์ของเฟอร์เรโซแนนซ์และแสดงให้เห็นว่ามีความถี่เรโซแนนซ์ที่เสถียรสองความถี่ในวงจรที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน และตัวเหนี่ยวนำแบบไม่เชิงเส้น

ดังนั้นปรากฏการณ์ของเฟอร์เรโซแนนซ์จึงเกี่ยวข้องกับความไม่เชิงเส้นขององค์ประกอบอุปนัยในวงจรของวงจร... เสียงสะท้อนแบบไม่เชิงเส้นที่สามารถเกิดขึ้นได้ในวงจรไฟฟ้าเรียกว่า ตัวเหนี่ยวนำและความจุธรรมดา

เห็นได้ชัดว่า ferroresonance ไม่มีอยู่ในวงจรเชิงเส้นอย่างแน่นอน ถ้าค่าความเหนี่ยวนำในวงจรเป็นเส้นตรงและค่าความจุไม่เชิงเส้น แสดงว่าเป็นไปได้ที่ปรากฏการณ์คล้ายกับเฟอร์เรโซแนนซ์ลักษณะสำคัญของเฟอร์เรอเรโซแนนซ์คือวงจรมีลักษณะเฉพาะด้วยโหมดต่างๆ ของเรโซแนนซ์แบบไม่เชิงเส้นนี้ ขึ้นอยู่กับประเภทของการรบกวน

ความเหนี่ยวนำจะไม่เป็นเชิงเส้นได้อย่างไร สาเหตุหลักมาจากการที่ วงจรแม่เหล็ก องค์ประกอบนี้ทำจากวัสดุที่ทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กแบบไม่เชิงเส้น โดยปกติแล้วแกนจะทำจากแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนตหรือเฟอร์ริแมกเนต และเมื่อคำว่า «เฟอเรโซแนนซ์» ได้รับการแนะนำโดย Paul Bouchereau ทฤษฎีของเฟอร์ริแมกเนติกยังไม่เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ และวัสดุประเภทนี้ทั้งหมดถูกเรียกว่า ของปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ในวงจรที่มีความเหนี่ยวนำไม่เป็นเชิงเส้น

Ferroresonance ใช้เรโซแนนซ์กับตัวเหนี่ยวนำอิ่มตัว... ในวงจรเรโซแนนซ์ทั่วไป ความต้านทานแบบคาปาซิทีฟและแบบเหนี่ยวนำจะเท่ากันเสมอ และเงื่อนไขเดียวสำหรับแรงดันไฟเกินหรือกระแสไฟเกินที่จะเกิดขึ้นคือการสั่นที่ตรงกับความถี่เรโซแนนซ์ นี่เป็นเพียง สถานะคงที่หนึ่งเดียวและง่ายต่อการป้องกัน โดยการตรวจสอบความถี่อย่างต่อเนื่องหรือแนะนำการต้านทานแบบแอคทีฟ

สถานการณ์ของ ferroresonance นั้นแตกต่างกัน ความต้านทานแบบเหนี่ยวนำเกี่ยวข้องกับความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในแกนกลาง เช่น ในแกนเหล็กของหม้อแปลง และโดยพื้นฐานแล้วจะได้รีแอกแตนซ์แบบเหนี่ยวนำสองแบบ ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับเส้นโค้งความอิ่มตัว: รีแอกแตนซ์แบบเหนี่ยวนำเชิงเส้นและรีแอกแตนซ์แบบเหนี่ยวนำแบบอิ่มตัว .

ดังนั้นเฟอร์เรอเรโซแนนซ์เช่นเรโซแนนซ์ในวงจร RLC สามารถเป็นได้สองประเภทหลัก: เฟอร์เรอเรโซแนนซ์ของกระแสและเฟอร์เรอเรโซแนนซ์ของแรงดัน... เมื่อเชื่อมต่อตัวเหนี่ยวนำและความจุไฟฟ้าแบบอนุกรม มีแนวโน้มจะเกิดเฟอร์โรเรโซแนนซ์ของแรงดันโดยมีการเชื่อมต่อแบบขนานสำหรับ เฟอเรโซแนนซ์ของกระแสน้ำ หากวงจรแตกแขนงมาก แสดงว่ามีการเชื่อมต่อที่ซับซ้อน ในกรณีนี้จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่าจะมีกระแสหรือแรงดันอยู่ในนั้นหรือไม่

โหมดเฟอเรเรโซแนนต์สามารถเป็นแบบพื้นฐาน ซับฮาร์โมนิก กึ่งธาตุ หรืออลหม่าน... ในโหมดพื้นฐานความผันผวนของกระแสและแรงดันจะสอดคล้องกับความถี่ของระบบ ในโหมด subharmonic กระแสและแรงดันจะมีความถี่ต่ำกว่าซึ่งความถี่พื้นฐานจะเป็นฮาร์มอนิก โหมดกึ่งธาตุและโหมดโกลาหลนั้นหายาก ประเภทของโหมด ferroresonant ที่เกิดขึ้นในระบบขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของระบบและเงื่อนไขเริ่มต้น

Ferroresonance ภายใต้สภาวะการทำงานปกติของเครือข่ายสามเฟสไม่น่าเป็นไปได้เนื่องจากความจุขององค์ประกอบที่ประกอบกันเป็นเครือข่ายจะลดลงตามความเหนี่ยวนำของเครือข่ายอินพุตอุปทาน

ในเครือข่ายที่มีความเป็นกลางที่ไม่มีเหตุผล เฟอร์เรโซแนนซ์มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในโหมดเฟสที่ไม่สมบูรณ์ การแยกความเป็นกลางนำไปสู่ความจริงที่ว่าความจุของเครือข่ายที่เกี่ยวกับดินนั้นอยู่ในอนุกรมกับหม้อแปลงไฟฟ้าและเงื่อนไขดังกล่าวสนับสนุนเฟอร์เรโซแนนซ์ โหมดเฟสที่ไม่สมบูรณ์ดังกล่าวเหมาะสำหรับเฟอร์เรโซแนนซ์เกิดขึ้นเมื่อเฟสใดเฟสหนึ่งเสีย มีการรวมเฟสที่ไม่สมบูรณ์หรือการลัดวงจรแบบไม่สมมาตร

เฟอร์เรโซแนนซ์ที่ปรากฏขึ้นอย่างกระทันหันในเครือข่ายไฟฟ้านั้นเป็นอันตราย อาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้สิ่งที่อันตรายที่สุดคือโหมดพื้นฐานของ ferroresonance เมื่อความถี่ของมันสอดคล้องกับความถี่พื้นฐานของระบบ Subharmonic ferroresonance ที่ความถี่ 1/5 และ 1/3 ของความถี่มูลฐานมีอันตรายน้อยกว่าเนื่องจากกระแสมีขนาดเล็กกว่า ดังนั้น ความล้มเหลวจำนวนมากในโครงข่ายไฟฟ้าและระบบพลังงานอื่นๆ จึงเกี่ยวข้องกับเฟอร์เรโซแนนซ์อย่างแม่นยำ แม้ว่าในตอนแรกสาเหตุอาจดูคลุมเครือ

การแตกหัก การเชื่อมต่อ ชั่วคราว ไฟกระชากฟ้าผ่า ทำให้เกิดเฟอเรโซแนนซ์ได้ การเปลี่ยนแปลงในโหมดการทำงานของเครือข่ายหรืออิทธิพลจากภายนอกหรืออุบัติเหตุสามารถเริ่มต้นโหมดเฟอร์เรโซแนนต์ได้ แม้ว่าสิ่งนี้อาจไม่สามารถสังเกตเห็นได้เป็นเวลานาน

ความเสียหายต่อหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้ามักเกิดจากเฟอร์เรโซแนนซ์อย่างแม่นยำ ซึ่งนำไปสู่การทำลายความร้อนสูงเกินไปเนื่องจากการกระทำของกระแสเกินขีดจำกัดที่เป็นไปได้ทั้งหมด เพื่อป้องกันปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความร้อนสูงเกินไป มีการใช้มาตรการทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียที่เพิ่มขึ้นอย่างถาวรหรือชั่วคราวในวงจรเรโซแนนซ์ เพื่อลดเอฟเฟกต์เรโซแนนซ์ มาตรการทางเทคนิคดังกล่าวประกอบด้วย เช่น วงจรแม่เหล็กของหม้อแปลงทำจากเหล็กแผ่นหนาบางส่วน