Механический резонанс в электроустановках

В цепях переменного тока электродинамическая сила получается, естественно, тоже переменной величины. При этом, если мы рассматриваем электродинамическую силу, появляющуюся от тока в одной системе (при одно- и двухфазном коротком замыкании), то знак силы не меняется.

Если же мы рассматриваем взаимодействие двух систем с токами, различными по фазе друг от друга, то электродинамическая сила меняет не только величину, но и знак. Мы имеем пульсирующую силу, а при периодически изменяющемся токе сила меняется тоже периодически.

Всякая механическая упругая система имеет так называемое собственное число колебаний: если какая-либо внешняя или внутренняя сила выведет эту систему из равновесия (создаст некоторую деформацию ее частей) и затем перестанет действовать, то система будет некоторое время колебаться около своего среднего положения (положения равновесия), причем частота этих колебаний и быстрота их затухания зависят от упругих свойств и массы системы и ее деталей, а также сил трения.

Если сила, выводящая механическую систему из равновесия, будет тоже меняться с некоторой частотой и частота этой силы будет равна собственной частоте системы, то наступит явление, носящее название механического резонанса. Эта сила будет раскачивать систему. На деформацию, полученную системой за счет одного периода действующей силы, будет накладываться деформация от другого периода силы, затем от третьего периода и т. д. В этом случае никакая механическая прочность не сможет противостоять действию силы, и это явление ведет к разрушению конструкции.

Механический резонанс может быть двух видов: полный и частичный. Полный резонанс имеет место при точном совпадении частоты действующей силы с частотой собственных колебаний системы и при условии, что абсолютные величины положительного и отрицательного максимумов действующей силы равны между собой. При неточном совпадении частот или же при невыполнении второго условия имеет место частичный резонанс.

Очевидно, что чем ближе частичный резонанс к полному, тем больше опасность разрушения механической системы. В цепях переменного тока, как уже указывалось, электродинамическая сила всегда является переменной.

По мере затухания апериодической слагающей тока короткого замыкания яснее выступает двойная частота колебаний электродинамической силы, и когда апериодическая слагающая затухнет совсем, налицо будет периодическая сила, меняющаяся по величине от 0 до +max.

Полного резонанса от электродинамических сил в трехфазной цепи быть не может. Он может быть только при сдвиге между взаимодействующими токами на 90°.

Тем не менее частичный резонанс является очень серьезной опасностью, и все механические конструкции, подвергающиеся действию электродинамических сил, не должны иметь частоты собственных колебаний, близкой к частоте действующей силы двойной частоте тока. При этом более безопасно иметь собственную частоту системы ниже частоты действующей силы, чем выше таковой, так как высшие гармоники кривой тока могут в свою очередь вызвать явления резонанса.

В шинных конструкциях обычно наблюдаются две частоты собственных колебаний: одна близка к собственной частоте шин, другая — к собственной частоте колебаний изоляторов. Обычно считаются только с одной из них, зависящей, главным образом от собственной частоты шин.

Подробнее об этом явлении смотрите здесь:

Электродинамические силы и механический резонанс в электроустановках