電気回路における鉄共振
1907 年、フランスの技術者ジョセフ ベテノは、「トランスフォーマーの共鳴について」(Sur le Transformateur? Résonance) という論文を発表し、そこで初めて鉄共鳴現象に注目しました。
直接的には、「鉄共鳴」という用語は、13 年後、フランスの技術者であり電気工学教師でもあるポール・ブーシュローによって、1920 年の「鉄共鳴の 2 つの体制の存在」(Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance) というタイトルの論文で導入されました。ブシュローは、鉄共振現象を分析し、コンデンサ、抵抗器、非線形インダクタで構成される回路には 2 つの安定した共振周波数が存在することを示しました。
したがって、鉄共振の現象は、回路内の誘導要素の非線形性に関連しています。電気回路で発生する可能性のある非線形共振は鉄共振と呼ばれ、その発生には回路に非線形要素が含まれている必要があります。インダクタンスと通常の静電容量。
明らかに、鉄共振は線形回路にはまったく固有のものではありません。回路内のインダクタンスが線形で、キャパシタンスが非線形である場合、鉄共振と同様の現象が発生する可能性があります。鉄共振の主な特徴は、回路が外乱の種類に応じて、この非線形共振のさまざまなモードによって特徴付けられることです。
インダクタンスが非線形になるのはなぜでしょうか?主に次のような理由から 磁気回路 この要素は、磁場に対して非線形に反応する材料でできています。通常、コアは強磁性体またはフェリ磁性体で作られますが、ポール・ブシュローによって«フェロ共鳴»という用語が導入されたとき、フェリ磁性の理論はまだ完全に形成されておらず、この種のすべての材料は強磁性体と呼ばれていたため、«フェロ共鳴»という用語は次のことを示すために生まれました。非線形インダクタンスを伴う回路における共振現象の説明。
鉄共振は飽和インダクタンスによる共振を伴います... 従来の共振回路では、容量性抵抗と誘導性抵抗は常に互いに等しく、過電圧または過電流が発生する唯一の条件は発振が共振周波数と一致することです。これは単に発振が共振周波数と一致することです。これは 1 つの定常状態であり、周波数を継続的に監視するか、アクティブな抵抗を導入することで簡単に防ぐことができます。
鉄共鳴の場合は状況が異なります。誘導抵抗は、コア、たとえば変圧器の鉄心の磁束密度に関係しており、飽和曲線に関する状況に応じて、基本的に 2 つの誘導リアクタンスが得られます。線形誘導リアクタンスと飽和誘導リアクタンスです。 。
したがって、RLC 回路の共振と同様に、鉄共振には、電流の鉄共振と電圧の鉄共振の 2 つの主なタイプがあります。インダクタンスとキャパシタンスを直列に接続すると、並列接続すると電圧の鉄共振が発生する傾向があります。電流の鉄共振。回路が高度に分岐していて接続が複雑な場合、その回路に電流が流れるか電圧が流れるかを確実に言うことは不可能です。
強共鳴モードは、基本波、低調波、準周期、またはカオスのいずれかになります。基本モードでは、電流と電圧の変動はシステムの周波数に対応しますが、分数調波モードでは、電流と電圧の周波数が低くなり、基本周波数が高調波になります。準周期的およびカオス的なモードはまれです。システム内で発生する鉄共鳴モードのタイプは、システム パラメーターと初期条件によって異なります。
三相ネットワークの通常の動作条件下では、ネットワークを構成する要素の静電容量が電源入力ネットワークのインダクタンスによって低減されるため、鉄共振が発生する可能性はほとんどありません。
中性点が接地されていないネットワークでは、不完全位相モードで鉄共振が発生する可能性が高くなります。中性線を絶縁すると、アースに対するネットワークの静電容量が電源変圧器と直列になり、そのような状況では鉄共振が起こりやすくなります。鉄共振に有利なこのような不完全位相モードは、たとえば、位相の 1 つが壊れている場合、不完全な位相の包含、または非対称短絡がある場合に発生します。
電気ネットワークに突然現れる鉄共鳴は有害であり、機器に損傷を与える可能性があります。最も危険なのは、周波数がシステムの基本周波数と一致する場合の鉄共鳴の基本モードです。基本周波数の 1/5 および 1/3 の周波数における低調波鉄共振は、電流が小さいため危険性が低くなります。したがって、送電網やその他の電力システムにおける多数の障害は、最初は原因が不明瞭に見えるかもしれませんが、正確に鉄共振に関連しています。
中断、接続、過渡現象、 雷サージ 鉄共鳴を引き起こす可能性があります。ネットワーク動作モードの変化、または外部からの影響や事故によって、鉄共鳴モードが開始される可能性がありますが、これは長い間気づかれない場合があります。
変圧器への損傷は、多くの場合、まさに鉄共振によって引き起こされます。鉄共振は、考えられるすべての制限を超える電流の作用により、破壊的な過熱を引き起こします。このような過熱によるトラブルを防ぐために、共振回路のアクティブ損失を永続的または一時的に増加させ、共振効果を最小限に抑える技術的対策が講じられています。このような技術的対策としては、例えばトランスの磁気回路の一部に厚い鋼板を使用することが挙げられる。