Феррорезонанс в электрических цепях

Феррорезонанс в трансформаторе напряжения

Феррорезонанс в электрических цепях
Когда трансформатор напряжения подключается к сети, в ней формируются последовательно совмещённые LC-цепи, являющие собой контур резонансного типа. При последовательном подключении индуктивного элемента с нелинейным вольт-амперным свойством к элементу ёмкостного типа напряжение в этой зоне цепи характеризуется как активно-индуктивное.

По окончании определённого временного периода значение напряжения на индуктивном элементе становится пиковым, магнитопровод питается, а напряжение на компоненте ёмкостного типа продолжает расти. Феррорезонанс в трансформаторе напряжения наступает, когда напряжение индуктивности и ёмкостного элемента становится равнозначным.

Незаземляемые ТН

Для решения всех вопросов, связанных с эксплуатацией заземляемых трансформаторов напряжения в сетях с изолированной нейтралью, на нашем предприятии разработана новая трехфазная группа. Трехфазная 3хНОЛ.08-6(10)М группа, состоящая из трех незаземляемых трансформаторов, соединенных по схеме треугольник/треугольник. Основное преимущество 3хНОЛ.08-6(10)М — отсутствие заземляемого вывода с ослабленной изоляцией. Это значит, что трансформатор не подвержен влиянию феррорезонанса и не требует дополнительных защит от его воздействия. Также изоляцию этого трансформатора возможно испытать приложенным одноминутным напряжением промышленной частоты в условиях эксплуатации, так как в этом случае нет необходимости в источнике повышенной частоты.

Советуем изучить — Устройство и схема плавного пуска асинхронного электродвигателя

Феррорезонанс в электрических цепях
Трансформатор напряжения НОЛ.08-6(10)М

У незаземляемых трансформаторов нет высоковольтных выводов с ослабленной изоляцией, что так-же позволит избежать нарушений, которые зачастую случаются в эксплуатации, при определении сопротивления изоляции вывода «Х», так как есть разночтения в нормативной документации. На сегодняшний день большое количество пунктов коммерческого учета (ПКУ) имеют в своем составе заземляемые трансформаторы напряжения со встроенными предохранителями (ЗНОЛП). При однофазных замыканиях на землю, а они как указывалось выше, случаются достаточно часто в воздушных распределительных сетях, срабатывает встроенное защитное предохранительное устройство (ЗПУ). Встраиваемое ЗПУ, прежде всего, предназначено для защиты трансформатора напряжения от коротких замыканий во вторичных цепях.

Так как ток срабатывания предохранителя достаточно мал, то при различных перенапряжениях, вызванных, в том числе, и однофазными замыканиями на землю, — происходит отключение ТН. ЗПУ защищает обмотку ВН от сверхтоков, которые возможны при различных технологических нарушениях в электрических сетях. При срабатывании предохранителя учет электроэнергии будет отсутствовать. Для восстановления учета, необходимо заменить плавкую вставку ЗПУ.

Явление — феррорезонанс

Явление феррорезонанса подробно рассматривается во всех курсах теоретических основ электротехники. Анализ их проводится методом эквивалентных синусоид, и поэтому полученные результаты достаточно близко совпадают с результатами опыта только при значениях индукции в магнитопроводе нелинейных индуктивных элементов несколько выше колена характеристики намагничивания. При таких условиях содержание высших гармонических в токах и напряжениях относительно невелико и неучет их не приводит к существенным погрешностям расчета.

Вольтамперные характеристики последовательного феррорезонансного контура.

Явление феррорезонанса широко используется в технике. Оно позволяет создать бесконтактные реле, которые, в отличие от рассмотренных выше, не нуждаются ни в обмотках обратной связи, ни и выпрямителях.

Чем отличается явление феррорезонанса от явления резонанса в линейных цепях.

Феррорезонанс напряжений.

При анализе явления феррорезонанса в целях упрощения пользуются эквивалентными синусоидами напряжения и тока в катушке.

Для пояснения явления феррорезонанса напряжений будем пренебрегать всеми видами потерь энергии в цени, а также высшими гармониками напряжений и тока.

Схема включения параллельного стабилизатора.| Упрощенная электрическая схема замещения генератора при наличии параллельного стабилизатора.

Работа схемы основана на явлении феррорезонанса.

Это явление также относится к явлению феррорезонанса, причем в рассматриваемом случае мы имеем дело с феррорезонансом в параллельной цепи.

Для создания бесконтактных реле используется также явление феррорезонанса. В схемах ферроре-зонансных реле нет обмоток обратной связи и выпрямителей, поэтому они более надежны, особенно на высоких частотах ( несколько мегагерц), а их быстродействие позволяет делать сотни тысяч переключений в секунду.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения.

Феррорезонансные стабилизаторы могут быть основаны на явлениях феррорезонанса напряжений и токов.

При работе трансформатора ТН на холостом ходу возникают явления феррорезонанса, характеризующиеся скачкообразными изменениями тока. Это приводит к резким повышениям напряжения и искажению формы кривой вторичного напряжения ( на зажимах а — х и ад — хя), которая в этом случае существенно отличается от синусоиды.

При этом в цепях фильтра тока обратной последовательности отсутствуют явления феррорезонанса.

Феррорезонансные перенапряжения в сетях с изолированной нейтралью

Феррорезонанс в электрических цепях

Рис. 2.7. Схема замещения для анализа феррорезонансных перенапряжений в сети с изолированной нейтралью Феррорезонансные перенапряжения представляют серьезную опасность для электроустановок сетей 6-35 кВ. Эта опасность возрастает под влиянием следующих факторов: в связи с искусственным поддерживанием повышенного значения напряжения в сети в целях обеспечения компенсации потери напряжения; с увеличением количества сезонных трансформаторных нагрузок, а следовательно слабо нагруженных трансформаторов. Использование в магнитной системе трансформаторов 6-35 кВ материалов с улучшенными характеристиками приводит к увеличению индуктивности и шунтирующей емкости трансформаторов, а следовательно, вероятности возникновения феррорезонанса.

В сетях с изолированной нейтралью феррорезонанс может развиваться в полнофазных режимах работы сети при наличии индуктивности с насыщающимся сердечником, включенной параллельно фазной емкости сети на землю. Такой индуктивностью часто оказывается обмотка трансформатора напряжения. Однако наиболее вероятной схемой для развития феррорезонанса являются неполнофазные режимы. В зависимости от параметров резонансных контуров феррорезонансные перенапряжения могут возникать на основной частоте, высших гармониках и субгармониках. Как показывают результаты многочисленных исследований и опыт эксплуатации промышленных сетей, значительные феррорезонансные перенапряжения возникают главным образом на промышленной частоте.

В сетях 6-10 кВ наблюдались случаи очень быстрого повреждения трансформаторов напряжения (ТН) контроля изоляции. Через доли минуты после возникновения однофазного замыкания сети на землю ТН начинал дымить и выходил из строя. Такие случаи наблюдаются при обрывах и падениях проводов и других несимметричных режимах в сети. Вскрытие поврежденных ТН выявляло обугливание изоляции обмотки высокого напряжения одной из фаз. Такие повреждения возможны только при четырехкратном непрерывном перевозбуждении трансформатора, что характерно для феррорезонансных процессов.

В сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью создаются условия для возникновения феррорезонанса между емкостью сети и индуктивностью ненагруженных трансформаторов различного вида.

Феррорезонанс в электрических цепях

Рис. 2.8. Схемы трех вариантов обрыва проводов, когда потребительский трансформатор 6-10/0,4 кВ оказывается в режиме феррорезонансного преобразователя: а — обрыв фазы А и ее заземление со стороны потребителя; б — обрыв фазы А без заземления провода; в — обрыв фазы А и ее заземление со стороны источника

Популярные статьи  Проверка аккумулятора мультиметром

Индуктивность питающего сеть трансформатора зашунтирована сетью высшего напряжения (35 или 110 кВ) и не может вступать в феррорезонанс с емкостью сети 6-10 кВ. Трансформаторы напряжения маломощны и не могут создавать феррорезонанс с большими емкостями разветвленной сети. Резонировать с емкостями линий в разветвленной сети с током замыкания на землю в несколько ампер ( С = 0,5-5 мкФ ) могут только силовые понижающие трансформаторы 6-10/0,4 кВ мощностью до 630-1000 кВА. Они имеют трехстержневой магнитопровод и изолированную нейтраль обмотки высокого напряжения.

Однофазное питание силовых трансформаторов в сети 6-10 кВ может быть при обрывах проводов, перегорании плавких вставок в предохранителях, неполнофазном включении разъединителей и выключателей, а образующиеся при этом варианты схем часто являются разновидностью феррорезонансного преобразователя.

Uэ=1,5Uф – наиболее распространенный случай в сетях с изолированной нейтралью, так что разрядники и ОПН в этом случае не помогут. Поэтому либо вообще не допускать такого случая (программные мероприятия), либо добавить активное сопротивление. Реле нужно в тех случаях, когда нельзя работать без разомкнутого трансформатора.

В настоящее время добавляют в нейтраль резистор, и характеристика принимает вид (рис. 2.9):

Феррорезонанс в электрических цепях

Феррорезонанс в электрических цепях

Рис.2.9. Влияние активного сопротивления на феррорезонанс

Вопросы для самопроверки:

1. Что означает понятие «феррорезонанс»?

2. Назовите необходимые и достаточные условия возникновения феррорезонансных перенапряжений.

Задание на самостоятельную работу.

1. С помощью графоаналитического метода найдите максимальное значение феррорезонансных перенапряжений в сети с изолированной нейтралью при обрыве провода с падением на землю.

2. С помощью графоаналитического метода найдите максимальное значение феррорезонансных перенапряжений в сети с заземленной нейтралью при обрыве двух фаз без замыкания на землю.

Принцип действия феррорезонансных стабилизаторов

Феррорезонанс в электрических цепях
Обмотка первичного типа, на которую поступает входное напряжение, находится на магнитопроводе. Он обладает большим поперечным сечением, что позволяет держать сердечник в ненасыщенном состоянии. На входе напряжение формирует магнитные потоки.

На зажимах обмотки вторичного типа формируется выходное напряжение. К этой обмотке подсоединяется нагрузка, которая находится на сердечнике, обладает небольшим сечением и пребывает в насыщенном состоянии. При аномалиях сетевого напряжения и магнитного потока его значение фактически не модифицируется, а также неизменным остаётся показатель ЭДС. Во время увеличения магнитного потока некоторая его доля будет замкнута на магнитном шунте.

Магнитный поток принимает синусоидальную форму и при его подходе к амплитудному показателю отдельный его участок переходит в режим насыщения. Повышение магнитного потока при этом прекращается. Замыкание потока по магнитному шунту будет осуществляться лишь тогда, когда показатель магнитного потока сравнится с амплитудным.

Наличие конденсатора позволяет феррорезонансному стабилизатору работать с увеличенным мощностным коэффициентом. Показатель стабилизации зависит от уровня наклона кривой горизонтального типа по отношению к абсциссе. Наклон данного участка значительный, поэтому обрести высокий уровень стабилизации без вспомогательного оборудования невозможно.

Феррорезонансные стабилизаторы

Феррорезонанс в электрических цепях
Феррезонансный стабилизатор Феррорезонансные выпрямители не оборудуются встроенным вольтметром, вследствие чего сложно замерять выходной показатель напряжения сети. Отрегулировать величину напряжения собственноручно не получится. Стабилизаторы феррорезонансного типа частично искажают реальные показания, величина погрешности составляет до 12%.

Тем, кто долго пользуется такими устройствами, необходимо помнить, что они способны излучать магнитное поле, которое может нарушить правильное функционирование бытовой электротехники. Стабилизаторы такого класса настраиваются в заводских условиях, никаких дополнительных настроек в быту они не требуют.

Что такое феррорезонанс

Феррорезонанс— это явление резкого возрастания тока, приводящее к перегреву и повреждению преобразователя и сопутствующего электротехнического оборудования.

Вызывающий аварию резонанс наблюдается при возникновении колебательного контура с последовательным соединением индуктивности ТН и емкостью сети.

Почему появляется в трансформаторах

Явление резонанса возникает при незаземленной (изолированной) нейтрали совместно с неполнофазным режимом. При изолированной нейтрали ёмкость сети относительно земли образует последовательное соединение с индуктивностью конструкции незаземленного ТН. Неполнофазный режим возникает при частичном включении фаз, при фазовом разрыве или при коротком замыкании несимметричного типа.

Результаты экспериментальных исследований

Испытания ТН типов НКФ-500 и НАМИ-500 проводились в синтетической схеме, моделирующей условия натурных испытаний на подстанции при отключении секции шин с установленным на ней ТН многоразрывными выключателями. Принципиальная схема испытаний приведена на рис. 7.

В схеме на рис. 7:

  • ИП — источник питания — каскад трансформаторов;
  • В — выключатель ВГ-500;
  • ДН1, ДН2 — емкостные делители напряжения;
  • С1 — батарея конденсаторов ДМРУ-55-0,0033У1, моделирующая суммарную емкость конденсаторов, шунтирующих разрывы выключателей;
  • С2 — батарея конденсаторов ДМК-190-3,3УХЛ1, моделирующая емкость ошиновки и подключенного к ней оборудования на землю;
  • ИТН — испытуемый трансформатор напряжения;
  • Ш — измерительный шунт;
  • ЗШ1, ЗШ2 — защитные шары.

Испытания проводились при различных параметрах схемы — соотношениях емкостей С1/С2: 1210/1335, 2350/2855; 3440/4285 пФ в сочетании с варьированием фазы коммутации (отключения) выключателя. В процессе испытаний регистрировались следующие характеристики: im — максимальное значение (пик) тока в первичной обмотке ТН; I — действующее значение тока в первичной обмотке; uтр — максимальное значение (пик) напряжения на ТН.

Указываются диапазоны значений характеристик, которые были получены при разных углах коммутации выключателя по отношению к максимуму напряжения на источнике от 0 до 80 град. Как следует из представленных данных, при испытании НКФ-500 наблюдался феррорезонанс на основной гармонике, а при испытании НАМИ-500 — феррорезонанс только на субгармонике 1/3.

Феррорезонанс в электрических цепях

При этом резонансные характеристики НКФ-500 и НАМИ-500 существенно отличались (отличие по току более чем на порядок). При испытании НКФ-500 наблюдалось существенное повышение напряжения на ТН по отношению к номинальному напряжению, и действующее значения тока в обмотке ТН значительно превышало допустимую величину. При испытании НАМИ-500 напряжение на ТН, напротив, незначительно отличалось от номинального напряжения, и действующее значение тока в обмотке ТН оставалось сравнительно небольшим.Характерные опытные осциллограммы процессов в НКФ-500 и НАМИ-500, полученные при отключении выключателя при соотношении емкостей 1210/1335 пФ приведены на рис. 8, 9. В опыте с НКФ (см. рис. «8») происходило срабатывание защитных шаров ЗШ1 от повышения напряжения на источнике в момент времени 0,2 с. До этого момента наблюдался явный феррорезонанс на ТН.

Опытные осциллограммы хорошо согласуются с результатами компьютерного моделирования (см. рис. 4, 5), что свидетельствует об адекватности используемых математических моделей. Отличие опытных и расчетных данных не превышает при этом 5-7 %. Некоторое несоответствие результатов расчета с опытными данными было получено только во второй серии опытов, где устойчивый процесс феррорезонанса не наблюдался. Причиной этого могли послужить дополнительные неучтенные потери или же случайный дефект схемы испытаний.

Что такое нелинейные процессы?

Вспомним, как выглядят формулы
для расчёта ёмкости конденсаторов и индуктивности катушек.

Как видно, в формулах
присутствуют два параметра ε μ, характеризующие
параметры диэлектрических и магнитных материалов, присутствующих в сосредоточенных
либо распределённых ёмкостных и индуктивных элементах.

Популярные статьи  Система относительных единиц

Если  изменять геометрические
параметры, например, меняя площадь обкладок конденсатора, расстояние между
обкладками C 
или длину катушки индуктивностиL,
которые входят в состав колебательных контуров, то мы сможем наблюдать
возникновение параметрического резонанса. Сама причина возникновения
этого резонанса была прояснена и наглядно представлена в моих роликах о работе
конденсаторов и катушек индуктивности. В этой работе заниматься параметрическим
резонансом мы не будем.

Обычно, когда мы занимаемся
расчётами устройств, основанных на катушках индуктивности и конденсаторах, мы
подразумеваем, что параметры ε и μ в расчётах являются постоянными.
Но на самом деле это не так. Параметры окружающей среды, диэлектрических (ε)
и магнитных (μ) материалов и зависят от напряжённости
электрического Е и магнитного Н поля, хотя и в
разной степени, поэтому правильно будет переписать формулы иначе:

Теперь вспомним формулы, учитывающие
зависимость энергии конденсатора WС
от величины его ёмкости (С), а также энергии катушки WLот её индуктивности
(L):

1) для
конденсатора  энергия линейно зависит от величины С;

2) для катушки
индуктивности  энергия линейно зависит от величины L.

Поэтому, на основании зависимости
ε(Е) и μ(Н) будет
правильным записать С(Е) и L(Н).
Другими словами величина ёмкости дополнительно будет зависеть от напряжённости
электрического поля Е, а величина индуктивности – от
напряжённости магнитного поля Н. На основании этого зависимость
энергии WС от С и
WLот Lтоже
будет нелинейной. Таким образом, причиной нелинейности ёмкости конденсатора
является нелинейная реакция на электрическое поле материала диэлектрика
ёмкостного элемента цепи (конденсатора).

Наша промышленность выпускает в основном конденсаторы, у которых
зависимость ёмкости от приложенного напряжения очень незначительна. Сегодня
трудно найти конденсаторы, у которых в качестве диэлектрика применяется
сегнетоэлектрики, благодаря чему у них сильно выражена зависимость ёмкости от
приложенного напряжения. В советское время такие конденсаторы выпускались
промышленностью, которые назывались варикондами. О нелинейных ёмкостных
элементах здесь сказано лишь для полноты картины. В этой работе мы будем
заниматься только нелинейными индуктивными элементами.

Причиной нелинейности у индуктивности
является нелинейная реакция материала магнитопровода на магнитное
поле
у индуктивного элемента. Для иллюстрации этого рассмотрим
зависимость магнитной проницаемости μ ферроматериалов от
напряжённости магнитного поля Н, и для разных материалов их
график имеет вид:

Магнитная проницаемость разных материалов:

1– пермаллой;
2 – чистое железо.

На графике видно, что при
напряжённости магнитного поля около 3-4 А/м реакция у пермаллоя на
незначительные изменения напряжённости поля колоссальны. Его магнитная
проницаемость μ  изменяется от десятков единиц, до десятков
тысяч!

По-другому происходит изменение μ
у железа. При росте напряжённости магнитного поля от единиц А/м до 30 А/м,
магнитная проницаемость железа становится максимальной, а при дальнейшем
увеличении снова начинает уменьшаться. Поэтому величина индуктивности катушки,
намотанной на сердечник из железа, сильно зависит от напряжённости магнитного
поля, создаваемого самой катушкой, то есть от величины в ней тока.

Какие трансформаторы нейтрализуют эффект феррорезонанса

Для предотвращения скачкообразных токовых перегрузок защитные ТН исполняются совместно с трансформаторами нулевой последовательности (ТНП). Такие специализированные устройства называются антирезонансными.

НАМИТ-10-2

Оборудование относится к типу ТН (Н), А — антирезонансный (А), с естественным масляным охлаждением (М), для измерительных цепей (И), трехфазный (Т), номинальным напряжением 10 кв, вариант исполнения— 2.

Измерительное оборудование состоит из двух единиц, размещенных в общем корпусе:

  • ТНКИ — это трехобмоточный ТН контроля изоляции;
  • ТНП — это двухобмоточный ТНП, выполняющий защиту ТНКИ от аварий при замыканиях отдельных фаз. Фоторезонанс компенсируется индуктивным сопротивлением ТНП в первичной цепи преобразователя.

Феррорезонанс в электрических цепях

НАМИ-10-95

Антирезонансное, масляное, измерительное оборудование состоит из:

  • трехфазного трехстержневого ТН прямой (обратной) последовательности с дополнительной вторичной обмоткой;
  • однофазного двухстержневого ТНП со вторичной обмоткой, соединенной по схеме замкнутого треугольника, снижающей сопротивление нулевой последовательности устройства до величины сопротивления рассеяния.

Феррорезонанс в электрических цепях

НАЛИ-СЭЩ-6(10)

Оборудование НАЛИ-СЭЩ -6(10) представлено литой (Л) трехфазной антирезонансной группой измерителей номинальным напряжением 6(10)кв.

НАЛИ-СЭЩ-6(10) исполнен посредством четырех активных элементов:

  • блока из трех однофазных, двухполюсных, измерительных ТН НОЛ-СЭЩ, каждый из которых содержит до трех вторичных обмоток;
  • одного ТНП-СЭЩ, выполняющего функцию защиты НОЛ-СЭЩ от скачкообразных токовых переходов.

Феррорезонанс в электрических цепях

НАЛИ-СЭЩ-1

Оборудование выполнено из однофазных ТН с литой изоляцией типа НОЛ-6(10) и ТНП на основе принципа действия и релейной схемы устройства НАМИТ-10-2.

НАЛИ-СЭЩ-2

Данный тип повторяет НАЛИ-СЭЩ-1 при исключении дополнительной вторичной обмотки, соединенной по схеме открытого треугольника, а также при исключении релейной схемы дешунтирования постоянно включенного ТНП. Явление фоторезонанса в трансформаторе напряжения НАЛИ-СЭЩ-2 не возникает при работе с пониженной рабочей индукцией. Защитная конструкция обеспечивает практически линейную ВАХ.

Радиантная энергия в трансформаторе

Кроме описанных в книге явлений феррорезонанса, несомненно, существуют и иные явления, не упоминаемые в ней. Наша задача их выявлять.

Вначале моего ролика «Дополнение №2 к ролику: Как работает конденсатор в цепи переменного тока»

или её:

Феррорезонанс в электрических цепях

В ролике я не смогу передать субъективное ощущение в руке от подёргивания магнита, находящегося рядом с настроенным работающим трансформатором, но вот показать присутствие радианта рядом с трансформатором с помощью объективного датчика можно. Датчиком является магнит Сидоровича, от имени того, кто впервые его изготовил и применил.

Смотрим видеофрагмент №3:

Уверен, что профессорам от физики придётся сильно напрячься, чтобы объяснить явление вращения этого датчика, учитывая, что по теории весь магнитный поток должен находиться внутри сердечника трансформатора.

Сам трансформатор при этом излучает сильные продольные волны, который можно зарегистрировать приёмником скалярных волн.

Смотрим видеофрагмент №4:

На этом предварительное знакомство с феррорезонансом закончим

Впереди ожидают другие интересные исследования, Но, прежде чем закончить съёмку этого ролика, я хочу коснуться ещё одного важного момента

Феррорезонанс — ток

Феррорезонанс токов может наблюдаться при параллельном соединении катушки с магнитопроводом и конденсатора при питании цепи от источника синусоидального напряжения. Анализ феррорезонанса токов аналогичен анализу феррорезонанса напряжений.  

Возникновение феррорезонанса токов наступает при определенном значении тока, причем нагрузка блока увеличивает ток наступления феррорезонанса.  

Принципиальная электрическая схема стабилизатора с синусоидальным выходным напряжением.  

В стабилизаторах с феррорезонансом токов для фильтров обычно используется основная емкость стабилизатора.  

У ФСН с феррорезонансом токов устранение дестабилизирующего влияния изменения частоты входного напряжения в пределах / ( 0 97 ч — 1 02) fHOM возможно за счет применения компенсационных обмоток, расположенных на линейном дросселе стабилизатора. У ФСН с феррорезонансом напряжений для устранения дестабилизирующего влияния изменения частоты необходимы специальные схемы.  

Относительная величина третьей, пятой и седьмой гармоник в кривых намагничивающего тока нелинейного дросселя и выходного напряжения стабилизатора i ft ti t — для / o5 / / i. s — для.  
Популярные статьи  Преобразователь частоты

Преимущества стабилизаторов с феррорезонансом токов раскрыты и доказаны, поэтому ниже рассматриваются ФСН только этой группы. Полученные аналитические и графические выражения характеристик таких ФСН весьма близки к действительным, но не учитывают высших гармоник тока и напряжения, всегда имеющих место в реальном стабилизаторе. Эти зависимости примерно одинаковы для широкого класса рассматриваемых ФСН и поэтому в известной мере их можно считать типичными.  

Различают феррорезонанс напряжений и феррорезонанс токов.  

Феррорезонанс напряжений.  

Советуем изучить — Способы подключения электросчетчиков к электросетям

Различают феррорезонанс напряжений в феррорезонанс токов.  

Указанные свойства стабилизаторов с феррорезонансом токов имеют важное значение, особенно для полупроводниковых преобразователей.  . Стабилизаторы, основанные на феррорезонансе токов, строятся на различные мощности — от десятков вольт-ампер до нескольких киловольт-ампер

Стабилизаторы, основанные на феррорезонансе токов, строятся на различные мощности — от десятков вольт-ампер до нескольких киловольт-ампер.  

Схемы автоматического пуска стабилизаторов с феррорезонансом напряжений.  

В отличие от стабилизаторов с феррорезонансом токов в рассматриваемых стабилизаторах вступление в рабочий режим и выход из него всегда происходят скачкообразно. При плавном изменении входного напряжения ( а также нагрузки, частоты или параметров схемы) переход в рабочий ( квазистационарный) режим может произойти при условии Ubm Us, так как только в этом случае на протяжении каждого полупериода питающего напряжения дроссель насыщается и через него может осуществиться разряд емкости.  

Так же как в стабилизаторах с феррорезонансом токов, в рассматриваемых стабилизаторах для сердечника дросселя L могут быть использованы горячекатаные электротехнические стали. В этом случае применение схем компенсации по рис. 1 — 2 позволяет добиться приемлемого для многих практических целей качества стабилизации. Поэтому в рассматриваемом случае для анализа и расчета стабилизаторов целесообразно пользоваться методом эквивалентных синусоид.  

Опыт с параллельным резонансным контуром

Я решил самостоятельно отснять вольт-амперную характеристику (ВАХ) установки, схема которой представлена ниже, в которой присутствует параллельный колебательный контур

, чтобы показать, как выглядит изменение тока в трёх точках в функции изменения напряжения.

Для этого опыта была собрана установка, состоящая из трансформатора, лабораторного автотрансформатора (латра

) РНО-250-5 и нескольких масляных конденсаторов, общей ёмкостью более 400 мкФ.

Феррорезонанс в электрических цепях

Далее была снята ВАХ собранной по схеме установки, которая представлена на рисунке ниже. Нет никакого смысла приводить здесь точные значения величин тока и напряжения, так как каждый желающий самостоятельно изучить эти явления, будет исходить из своих условий, из своего оборудования и имеющихся у каждого в наличии материалов. По этой причине полученные им данные всегда будут отличаться от подобных данных, полученных любым другим исследователем.

Смысл этой иллюстрации заключается в том, чтобы увидеть качественную сторону явления феррорезонанса токов,

если хотитезакономерность , илиобщий принцип , хотя пропорции кривых я всё же постарался сохранить.

Феррорезонанс в электрических цепях

На рисунке представлены три графика, показывающие изменение тока в трёх точках, отмеченных на схеме. Экстремумы двух кривых отмечены красными точками. На этом рисунке кривая формы тока в колебательном контуре не поместилась на рисунке из большой величины тока, которая в опыте превысила значение 25 Ампер. Сама форма кривых указывает, что в данном опыте мы имеем дело с феррорезонансом токов.

Практическое значение

Феррорезонанс может возникать в электрических сетях как вредное явление, приводящее к серьёзным повреждениям оборудования. Наиболее вреден режим с периодом системы; характерны также субгармонические режимы на 1/3 и 1/5 частоты, с меньшими действующими токами. Значительное количество аварий в энергосистемах с неустановленными причинами объясняется феррорезонансом.

Советуем изучить — Повышение надежности электрооборудования промышленных предприятий

Может быть инициирован в результате подключений, отключений, переходных процессов, грозовых перенапряжений, то есть при смене режима работы сети, при авариях, либо в результате внешнего воздействия. Работа сети в режиме феррорезонанса может долгое время оставаться незамеченной.

При феррорезонансе нередко повреждаются электромагнитные трансформаторы напряжения, из-за чрезмерного тока и перегрева. Технические меры по предотвращению аварий заключаются в основном во временном или постоянном увеличении активных потерь в резонансном контуре. Тем самым удается прекратить феррорезонанс или не допустить его возникновения. Намеренное увеличение потерь, в частности, может достигаться выбором конструкции трансформатора, когда магнитопровод частично выполняется из толстолистовой конструкционной стали.

Феррорезонанс в электрических цепях

В 1907 году французский инженер Джозеф Бетено опубликовал статью «О резонансе в трансформаторах» (Sur le Transformateur ? Rйsonance), где он впервые обратил внимание на такое явление как феррорезонанс. Непосредственно же термин «феррорезонанс», спустя 13 лет, ввел тоже француз, инженер и преподаватель электротехники, Пауль Бушеро в своей статье 1920 года, которая назвалась «Существование двух режимов феррорезонанса» (Йxistence de Deux Rйgimes en Ferrorйsonance)

Бушеро проанализировал явление феррорезонанса, и показал, что существует две стабильные резонансные частоты в цепи, состоящей из конденсатора, резистора и нелинейной индуктивности.

Таким образом, явление феррорезонанса связано с нелинейностью индуктивного элемента в цепи контура . Нелинейный резонанс, могущий возникнуть в электрической цепи называется феррорезонансом, и для его возникновения необходимо, чтобы контур обязательно содержал нелинейную индуктивность и обычную емкость.

Очевидно, линейным цепям феррорезонанс абсолютно не свойственен. В случае, если индуктивность в контуре линейна, а емкость нелинейна, то возможно явление аналогичное феррорезонансу. Основной особенностью феррорезонанса является то, что для одной цепи характерны различные режимы этого нелинейного резонанса, в зависимости от вида возмущения.

От чего индуктивность может быть нелинейна? Главным образом из-за того, что магнитопровод этого элемента изготовлен из материала, нелинейно реагирующего на магнитное поле. Обычно сердечники изготавливают из ферромагнетиков либо ферримагнетиков, и когда термин «феррорезонанс» был введен Паулем Бушеро, теория ферримагнетизма еще не была сформирована до конца, а все материалы такого рода называли ферромагнетиками, вот и возник термин «феррорезонанс» для обозначения явления резонанса в цепи с нелинейной индуктивностью.

Феррорезонанс предполагает резонанс с насыщающейся индуктивностью . В обычном резонансном контуре емкостное и индуктивное сопротивления все время равны друг другу, и единственное условие возникновения перенапряжения или сверхтока — совпадение колебаний с резонансной частотой, это только одно стабильное состояние, и его легко предотвратить благодаря непрерывному контролю частоты или введением активного сопротивления.

С феррорезонансом ситуация иная. Индуктивное сопротивление связано с плотностью магнитного потока в сердечнике, например в железном сердечнике трансформатора, и принципиально получается два индуктивных сопротивления в зависимости от ситуации относительно кривой насыщения: индуктивное сопротивление линейное и индуктивное сопротивление при насыщении.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: