Σιδηροσυντονισμός σε ηλεκτρικά κυκλώματα
Το 1907, ο Γάλλος μηχανικός Joseph Bethenot δημοσίευσε ένα άρθρο «On Resonance in Transformers» (Sur le Transformateur? Résonance), όπου επέστησε για πρώτη φορά την προσοχή στο φαινόμενο του ferroresonance.
Άμεσα, ο όρος «σιδηροσυντονισμός», 13 χρόνια αργότερα, εισήχθη επίσης από τον Γάλλο μηχανικό και δάσκαλο ηλεκτρολόγων μηχανικών Paul Bouchereau στο άρθρο του το 1920 με τίτλο «The Existence of Two Regimes of Ferroresonance» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Ο Bouchereau ανέλυσε το φαινόμενο του σιδηροσυντονισμού και έδειξε ότι υπάρχουν δύο σταθερές συχνότητες συντονισμού σε ένα κύκλωμα που αποτελείται από έναν πυκνωτή, μια αντίσταση και έναν μη γραμμικό επαγωγέα.
Επομένως, το φαινόμενο του σιδηροσυντονισμού σχετίζεται με τη μη γραμμικότητα του επαγωγικού στοιχείου στο κύκλωμα του κυκλώματος... Ο μη γραμμικός συντονισμός που μπορεί να συμβεί σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται σιδηροσυντονισμός και για την εμφάνισή του είναι απαραίτητο το κύκλωμα να περιέχει μη γραμμικό αυτεπαγωγή και συνηθισμένη χωρητικότητα.
Προφανώς, ο σιδηροσυντονισμός δεν είναι απολύτως εγγενής στα γραμμικά κυκλώματα. Εάν η αυτεπαγωγή στο κύκλωμα είναι γραμμική και η χωρητικότητα μη γραμμική, τότε είναι πιθανό ένα φαινόμενο παρόμοιο με τον συντονισμό σιδηροδρόμων.Το κύριο χαρακτηριστικό του σιδηροσυντονισμού είναι ότι ένα κύκλωμα χαρακτηρίζεται από διαφορετικούς τρόπους αυτού του μη γραμμικού συντονισμού, ανάλογα με τον τύπο της διαταραχής.
Πώς μπορεί η επαγωγή να είναι μη γραμμική; Κυρίως λόγω του ότι μαγνητικό κύκλωμα Αυτό το στοιχείο είναι κατασκευασμένο από ένα υλικό που αντιδρά μη γραμμικά σε ένα μαγνητικό πεδίο. Συνήθως οι πυρήνες είναι κατασκευασμένοι από σιδηρομαγνήτες ή σιδηρομαγνήτες και όταν εισήχθη ο όρος «σιδηροσυντονισμός» από τον Paul Bouchereau, η θεωρία του σιδηρομαγνητισμού δεν είχε ακόμη πλήρως διαμορφωθεί και όλα τα υλικά αυτού του είδους ονομάζονταν σιδηρομαγνήτες, οπότε προέκυψε ο όρος «σιδηροσυντονισμός» για να δηλώσει του φαινομένου του συντονισμού σε ένα κύκλωμα με μη γραμμική αυτεπαγωγή.
Ο σιδηροσυντονισμός παίρνει συντονισμό με κορεσμένη αυτεπαγωγή... Σε ένα συμβατικό κύκλωμα συντονισμού, η χωρητική και η επαγωγική αντίσταση είναι πάντα ίσες μεταξύ τους και η μόνη προϋπόθεση για να συμβεί υπέρταση ή υπερένταση είναι οι ταλαντώσεις να ταιριάζουν με τη συχνότητα συντονισμού. μια σταθερή κατάσταση και εύκολο να αποφευχθεί, παρακολουθώντας συνεχώς τη συχνότητα ή εισάγοντας ενεργή αντίσταση.
Η κατάσταση με τον σιδηροσυντονισμό είναι διαφορετική. Η επαγωγική αντίσταση σχετίζεται με την πυκνότητα μαγνητικής ροής στον πυρήνα, για παράδειγμα στον πυρήνα σιδήρου του μετασχηματιστή, και βασικά λαμβάνονται δύο επαγωγικές αντιδράσεις, ανάλογα με την κατάσταση ως προς την καμπύλη κορεσμού: γραμμική επαγωγική αντίδραση και αντίδραση επαγωγής κορεσμού .
Έτσι, ο σιδηροσυντονισμός, όπως ο συντονισμός σε ένα κύκλωμα RLC, μπορεί να είναι δύο βασικών τύπων: σιδηροσυντονισμός ρευμάτων και σιδηροσυντονισμός τάσεων... Κατά τη σύνδεση επαγωγής και χωρητικότητας σε σειρά, υπάρχει μια τάση για σιδηροσυντονισμό τάσεων, με παράλληλη σύνδεση, για σιδηρσυντονισμός ρευμάτων. Εάν το κύκλωμα είναι πολύ διακλαδισμένο, υπάρχουν πολύπλοκες συνδέσεις, τότε σε αυτήν την περίπτωση είναι αδύνατο να πούμε με βεβαιότητα εάν θα υπάρχουν ρεύματα ή τάσεις σε αυτό.
Ο σιδηροσυντονιστικός τρόπος μπορεί να είναι θεμελιώδης, υποαρμονικός, οιονεί περιοδικός ή χαοτικός…. Στον βασικό τρόπο, οι διακυμάνσεις στα ρεύματα και τις τάσεις αντιστοιχούν στη συχνότητα του συστήματος, ενώ στον υποαρμονικό τρόπο, τα ρεύματα και οι τάσεις έχουν χαμηλότερη συχνότητα, για την οποία η θεμελιώδης συχνότητα είναι αρμονική. Οι οιονεί περιοδικές και χαοτικές λειτουργίες είναι σπάνιες. Ο τύπος του σιδηροσυντονισμού που εμφανίζεται στο σύστημα εξαρτάται από τις παραμέτρους του συστήματος και τις αρχικές συνθήκες.
Ο σιδηροσυντονισμός υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας τριφασικών δικτύων είναι απίθανος, καθώς οι χωρητικότητες των στοιχείων που απαρτίζουν το δίκτυο μειώνονται από την επαγωγή του δικτύου εισόδου τροφοδοσίας.
Σε δίκτυα με μη γειωμένο ουδέτερο, ο σιδηροσυντονισμός είναι πιο πιθανό να εμφανιστεί στη λειτουργία ημιτελούς φάσης. Η απομόνωση του ουδέτερου οδηγεί στο γεγονός ότι η χωρητικότητα του δικτύου σε σχέση με τη γη είναι σε σειρά με τον μετασχηματιστή ισχύος και τέτοιες συνθήκες ευνοούν τον σιδηροσυντονισμό. Ένας τέτοιος τρόπος ατελούς φάσης ευνοϊκός για σιδηρσυντονισμό συμβαίνει όταν, για παράδειγμα, μια από τις φάσεις έχει σπάσει, υπάρχει μια ατελής συμπερίληψη φάσης ή ένα ασύμμετρο βραχυκύκλωμα.
Ο σιδηροσυντονισμός που εμφανίστηκε ξαφνικά στο ηλεκτρικό δίκτυο είναι επιβλαβής, μπορεί να προκαλέσει ζημιά στον εξοπλισμό.Ο πιο επικίνδυνος είναι ο θεμελιώδης τρόπος του σιδηροσυντονισμού, όταν η συχνότητά του συμπίπτει με τη θεμελιώδη συχνότητα του συστήματος. Ο υποαρμονικός σιδηροσυντονισμός στις συχνότητες 1/5 και 1/3 της θεμελιώδους συχνότητας είναι λιγότερο επικίνδυνος επειδή τα ρεύματα είναι μικρότερα. Έτσι, ένας μεγάλος αριθμός αστοχιών σε δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και άλλα συστήματα ισχύος σχετίζονται ακριβώς με τον συντονισμό σιδηροδρόμων, αν και αρχικά η αιτία μπορεί να φαίνεται ασαφής.
Διακοπές, συνδέσεις, παροδικά, κύμα κεραυνού μπορεί να προκαλέσει σιδηρσυντονισμό. Μια αλλαγή στον τρόπο λειτουργίας του δικτύου ή μια εξωτερική επιρροή ή ατύχημα μπορεί να προκαλέσει μια λειτουργία διηδοσυντονισμού, αν και αυτό μπορεί να μην είναι αντιληπτό για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Η ζημιά στους μετασχηματιστές τάσης προκαλείται συχνά ακριβώς από τον συντονισμό σιδηροδρόμων, ο οποίος οδηγεί σε καταστροφική υπερθέρμανση λόγω της δράσης ρευμάτων που υπερβαίνουν όλα τα πιθανά όρια. Για την αποφυγή τέτοιων προβλημάτων που σχετίζονται με υπερθέρμανση, λαμβάνονται τεχνικά μέτρα που σχετίζονται με μόνιμη ή προσωρινή αύξηση της ενεργού απώλειας στο κύκλωμα συντονισμού, ελαχιστοποιώντας το φαινόμενο συντονισμού. Τέτοια τεχνικά μέτρα συνίστανται, για παράδειγμα, στο ότι το μαγνητικό κύκλωμα του μετασχηματιστή είναι μερικώς κατασκευασμένο από παχιά φύλλα χάλυβα.