ברזוננס במעגלים חשמליים

בשנת 1907 פרסם המהנדס הצרפתי ג'וזף בת'נו מאמר "על תהודה ברובוטריקים" (Sur le Transformateur? Résonance), שם הפנה לראשונה את תשומת הלב לתופעת התהודה הברזית.

באופן ישיר, המושג "תדהום ברזל", 13 שנים מאוחר יותר, הוצג גם על ידי המהנדס והמורה הצרפתי להנדסת חשמל פול בושרו במאמרו משנת 1920 שכותרתו "קיומם של שני משטרים של ברזוננס" (Öxistence de Deux Régimes en Ferroresonance). Bouchereau ניתח את תופעת התהודה הברזית והראה שיש שני תדרי תהודה יציבים במעגל המורכב מקבל, מנגד ומשרן לא ליניארי.

לכן, תופעת התהודה הברזית קשורה לאי-ליניאריות של האלמנט האינדוקטיבי במעגל של המעגל... התהודה הלא-לינארית שיכולה להתרחש במעגל חשמלי נקראת התהודה-ברזית, ולשם התרחשותה יש צורך שהמעגל יכיל לא-לינארי. השראות וקיבול רגיל.

ברור ש-ferroresonance הוא לחלוטין לא טבוע במעגלים ליניאריים. אם השראות במעגל היא ליניארית והקיבול אינו ליניארי, אזי תיתכן תופעה דומה ל-ferroresonance.המאפיין העיקרי של רזוננס ברזל הוא שמעגל מאופיין באופנים שונים של תהודה לא ליניארית זו, בהתאם לסוג ההפרעה.

איך השראות יכולה להיות לא ליניארית? בעיקר בשל העובדה ש מעגל מגנטי אלמנט זה עשוי מחומר המגיב באופן לא ליניארי לשדה מגנטי. בדרך כלל הליבות עשויות מפרומגנטים או פרומגנטים וכאשר המונח "תדהום ברזל" הוצג על ידי פול בושרו, תורת הפרימגנטיות עדיין לא התגבשה במלואה וכל החומרים מהסוג הזה נקראו פרומגנטים, ולכן עלה המונח "תודה ברזית" לציון של תופעת התהודה במעגל עם השראות לא ליניארית.

תהודה ברזל לוקחת תהודה עם השראות רוויה... במעגל תהודה קונבנציונלי, ההתנגדות הקיבולית והאינדוקטיבית תמיד שוות זו לזו, והתנאי היחיד להתרחשות מתח יתר או זרם יתר הוא שהתנודות יתאימו לתדר התהודה, זה רק מצב יציב אחד וקל למניעה, על ידי ניטור רציף של התדירות או החדרת התנגדות אקטיבית.

המצב עם תדר ברזל שונה. ההתנגדות האינדוקטיבית קשורה לצפיפות השטף המגנטי בליבה, למשל בליבת הברזל של השנאי, ובעצם מתקבלות שתי תגובות אינדוקטיביות, בהתאם למצב ביחס לעקומת הרוויה: תגובת אינדוקטיבית ליניארית ותגובת אינדוקציית רוויה. .

אז תהודה ברזית, כמו תהודה במעגל RLC, יכולה להיות משני סוגים עיקריים: תהודה ברזית של זרמים ותודת ברזל של מתחים... כאשר מחברים השראות וקיבול בסדרות, יש נטייה לתהודה ברזית של מתחים, עם חיבור מקביל, עבור תעוקת ברזל של זרמים. אם המעגל מסועף מאוד, ישנם חיבורים מורכבים, אז במקרה זה אי אפשר לומר בוודאות אם יהיו בו זרמים או מתחים.

מצב התהודה הפרוזוננטי יכול להיות יסודי, תת-הרמוני, מעין-מחזורי או כאוטי... במצב היסוד התנודות בזרמים ובמתחים תואמות את תדר המערכת, במצב התת-הרמוני הזרמים והמתחים בעלי תדר נמוך יותר, שעבורו תדר היסוד הוא הרמוני. מצבים מעין-מחזוריים וכאוטיים הם נדירים. סוג מצב ה-ferroresonant המתרחש במערכת תלוי בפרמטרים של המערכת ובתנאים ההתחלתיים.

ברזוננסית בתנאי הפעלה רגילים של רשתות תלת פאזיות אינה סבירה, מכיוון שהקיבולים של האלמנטים המרכיבים את הרשת מופחתים על ידי השראות של רשת קלט האספקה.

ברשתות עם נייטרלי לא מקורקע, סבירות גבוהה יותר להתרחש תהודה ברזית במצב השלב הבלתי שלם. בידוד הנייטרלי מוביל לעובדה שהקיבול של הרשת ביחס לכדור הארץ נמצא בסדרה עם שנאי הכוח ותנאים כאלה מעדיפים תאודת ברזל. מצב פאזה לא שלם שכזה המועדף ל-ferroresonance מתרחש כאשר, למשל, אחד מהשלבים נשבר, יש הכללת פאזה לא מלאה או קצר חשמלי א-סימטרי.

התהודה הברזית שהופיעה לפתע ברשת החשמל מזיקה, היא עלולה לגרום לנזק לציוד.המסוכן ביותר הוא האופן הבסיסי של תדר ברזל, כאשר התדירות שלו עולה בקנה אחד עם התדר הבסיסי של המערכת. תדר תת-הרמוני בתדרים 1/5 ו-1/3 מהתדר הבסיסי פחות מסוכן מכיוון שהזרמים קטנים יותר. לפיכך, מספר רב של תקלות ברשתות חשמל ומערכות חשמל אחרות קשורות בדיוק ל-ferroresonance, אם כי בהתחלה הסיבה עשויה להיראות מעורפלת.

הפסקות, חיבורים, חולפים, גל ברק יכול לגרום ל-ferrorsonance. שינוי במצב תפעול הרשת או השפעה חיצונית או תאונה יכולים ליזום מצב תהודה ברזית, אם כי ייתכן שהדבר אינו מורגש במשך זמן רב.

נזק לשנאי מתח נגרם לעתים קרובות דווקא על ידי תדר ברזל, מה שמוביל להתחממות יתר הרסנית עקב פעולת זרמים החורגים מכל הגבולות האפשריים. כדי למנוע צרות כאלה הקשורות להתחממות יתר, ננקטים אמצעים טכניים הקשורים לעלייה קבועה או זמנית של ההפסד הפעיל במעגל התהודה, תוך מזעור אפקט התהודה. אמצעים טכניים כאלה מורכבים, למשל, בכך שהמעגל המגנטי של השנאי עשוי בחלקו מיריעות פלדה עבות.