Ferrorisonanza nei circuiti elettrici
Nel 1907, l'ingegnere francese Joseph Bethenot pubblicò un articolo "On Resonance in Transformers" (Sur le Transformateur? Résonance), dove attirò per la prima volta l'attenzione sul fenomeno della ferrorisonanza.
Direttamente, il termine «ferrorisonanza», 13 anni dopo, fu introdotto anche dall'ingegnere francese e insegnante di ingegneria elettrica Paul Bouchereau nel suo articolo del 1920 intitolato «L'esistenza di due regimi di ferrorisonanza» (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau ha analizzato il fenomeno della ferrorisonanza e ha mostrato che ci sono due frequenze di risonanza stabili in un circuito costituito da un condensatore, un resistore e un induttore non lineare.
Pertanto, il fenomeno della ferrorisonanza è correlato alla non linearità dell'elemento induttivo nel circuito del circuito... La risonanza non lineare che può verificarsi in un circuito elettrico è chiamata ferrorisonanza e per il suo verificarsi è necessario che il circuito contenga non lineare induttanza e capacità ordinaria.
Ovviamente la ferrorisonanza non è assolutamente inerente ai circuiti lineari. Se l'induttanza nel circuito è lineare e la capacità non è lineare, è possibile un fenomeno simile alla ferrorisonanza.La caratteristica principale della ferrorisonanza è che un circuito è caratterizzato da diverse modalità di questa risonanza non lineare, a seconda del tipo di disturbo.
Come può l'induttanza essere non lineare? Principalmente a causa del fatto che circuito magnetico Questo elemento è costituito da un materiale che reagisce in modo non lineare a un campo magnetico. Di solito i nuclei sono fatti di ferromagneti o ferrimagneti e quando il termine «ferrorisonanza» fu introdotto da Paul Bouchereau, la teoria del ferrimagnetismo non era ancora del tutto formata e tutti i materiali di questo tipo erano chiamati ferromagneti, quindi il termine «ferrosonanza» sorse per denotare del fenomeno della risonanza in un circuito con induttanza non lineare.
La ferrorisonanza prende risonanza con l'induttanza satura... In un circuito risonante convenzionale, le resistenze capacitive e induttive sono sempre uguali tra loro e l'unica condizione per il verificarsi di sovratensione o sovracorrente è che le oscillazioni corrispondano alla frequenza di risonanza, questo è solo uno stato stazionario e facile da prevenire, monitorando continuamente la frequenza o introducendo una resistenza attiva.
La situazione con la ferrorisonanza è diversa. La resistenza induttiva è correlata alla densità del flusso magnetico nel nucleo, ad esempio nel nucleo di ferro del trasformatore, e sostanzialmente si ottengono due reattanze induttive, a seconda della situazione rispetto alla curva di saturazione: reattanza induttiva lineare e reattanza di induzione di saturazione .
Quindi la ferrorisonanza, come la risonanza in un circuito RLC, può essere di due tipi principali: ferrorisonanza delle correnti e ferrorisonanza delle tensioni... Quando si collegano induttanza e capacità in serie, c'è una tendenza alla ferrorisonanza delle tensioni, con una connessione parallela, per ferrorisonanza delle correnti. Se il circuito è altamente ramificato, ci sono connessioni complesse, quindi in questo caso è impossibile dire con certezza se ci saranno correnti o tensioni in esso.
Il modo ferrorisonante può essere fondamentale, subarmonico, quasi periodico o caotico…. Nel modo fondamentale le fluttuazioni delle correnti e delle tensioni corrispondono alla frequenza del sistema, nel modo subarmonico le correnti e le tensioni hanno una frequenza inferiore, per cui la frequenza fondamentale è armonica. Le modalità quasi periodiche e caotiche sono rare. Il tipo di modalità ferrorisonante che si verifica nel sistema dipende dai parametri del sistema e dalle condizioni iniziali.
La ferrorisonanza nelle normali condizioni operative delle reti trifase è improbabile, poiché le capacità degli elementi che compongono la rete sono ridotte dall'induttanza della rete di alimentazione in ingresso.
Nelle reti con un neutro senza messa a terra, è più probabile che la ferrorisonanza si verifichi nella modalità di fase incompleta. L'isolamento del neutro porta al fatto che la capacità della rete rispetto a terra è in serie al trasformatore di potenza e tali condizioni favoriscono la ferrorisonanza. Tale modalità di fase incompleta favorevole alla ferrorisonanza si verifica quando, ad esempio, una delle fasi è interrotta, vi è un'inclusione di fase incompleta o un cortocircuito asimmetrico.
La ferrorisonanza apparsa improvvisamente nella rete elettrica è dannosa, può causare danni alle apparecchiature.Il più pericoloso è il modo fondamentale della ferrorisonanza, quando la sua frequenza coincide con la frequenza fondamentale del sistema. La ferrorisonanza subarmonica alle frequenze 1/5 e 1/3 della frequenza fondamentale è meno pericolosa perché le correnti sono minori. Pertanto, un gran numero di guasti nelle reti elettriche e in altri sistemi di alimentazione sono proprio correlati alla ferrorisonanza, sebbene all'inizio la causa possa sembrare oscura.
Interruzioni, connessioni, transitori, fulmini può causare ferrorisonanza. Un cambiamento nella modalità operativa della rete o un'influenza esterna o un incidente può avviare una modalità ferrorisonante, sebbene ciò possa non essere evidente per molto tempo.
I danni ai trasformatori di tensione sono spesso causati proprio dalla ferrorisonanza, che porta a un surriscaldamento distruttivo dovuto all'azione di correnti che superano tutti i limiti possibili. Per prevenire tali disturbi legati al surriscaldamento, vengono prese misure tecniche, relative ad un aumento permanente o temporaneo della perdita attiva nel circuito risonante, minimizzando l'effetto di risonanza. Tali accorgimenti tecnici consistono, ad esempio, nel fatto che il circuito magnetico del trasformatore è parzialmente costituito da spesse lamiere di acciaio.