Ferrorezonansowe stabilizatory napięcia - zasada działania

Stabilizator, w którym na zaciskach dławika nieliniowego uzyskuje się stabilizowane napięcie, jest najprostszym stabilizatorem ferromagnetycznym. Jego główną wadą jest niski współczynnik mocy. Ponadto, przy dużych prądach w obwodzie, rozmiary dławików sieciowych są bardzo duże.

Aby zmniejszyć wagę i rozmiar, ferromagnetyczne stabilizatory napięcia są produkowane z połączonym układem magnetycznym, a aby zwiększyć współczynnik mocy, dołączony jest kondensator zgodnie z aktualnym obwodem rezonansowym. Taki stabilizator nazywa się ferrorezonansem.

Ferrorezonansowe stabilizatory napięcia strukturalnie podobne do konwencjonalnych transformatorów (ryc. 1, a). Uzwojenie pierwotne w1, do którego przykładane jest napięcie wejściowe Uin, znajduje się na odcinku 2 obwodu magnetycznego, który ma duży przekrój poprzeczny, tak że część obwodu magnetycznego jest w stanie nienasyconym. Napięcie Uin wytwarza strumień magnetyczny F2.

Ryż. 1. Schemat ferrorezonansowego stabilizatora napięcia: a — główny; b — podstawienia

Uzwojenie wtórne w2, na którego zaciskach indukowane jest napięcie wyjściowe Uout i do którego podłączone jest obciążenie, znajduje się w sekcji 3 obwodu magnetycznego, która ma mniejszy przekrój i jest w stanie nasyconym. Dlatego przy odchyleniach napięcia Uin i strumienia magnetycznego F2 wartość strumienia magnetycznego F3 w sekcji 3 prawie się nie zmienia, ee nie zmienia się. itp. v. uzwojenie wtórne i Uout. W miarę wzrostu strumienia F2, ta jego część która nie może przejść przez sekcję 3 jest zamykana przez bocznik magnetyczny 1 (F1).

Strumień magnetyczny F2 przy napięciu sinusoidalnym Uin jest sinusoidalny. Gdy wartość chwilowa strumienia F2 zbliża się do amplitudy, sekcja 3 przechodzi w stan nasycenia, strumień F3 przestaje rosnąć i pojawia się strumień F1. Zatem strumień przez bocznik magnetyczny 1 zamyka się tylko w tych momentach, gdy strumień F2 jest bliski wartości amplitudy. To sprawia, że ​​strumień F3 jest niesinusoidalny, napięcie Uout również staje się niesinusoidalne, wyraźnie wyraża się w nim składowa trzeciej harmonicznej.

W obwodzie równoważnym (ryc. 1, b) równolegle połączona indukcyjność L2 elementu nieliniowego (uzwojenie wtórne) i pojemność C tworzą obwód ferrorezonansowy o charakterystyce pokazanej na ryc. 2. Jak widać z równoważnego obwodu, prądy w gałęziach są proporcjonalne do napięcia Uin. Krzywe 3 (gałąź L2) i 1 (gałąź C) znajdują się w różnych ćwiartkach, ponieważ prądy w indukcyjności i pojemności mają przeciwną fazę. Charakterystyka 2 obwodu rezonansowego jest konstruowana przez algebraiczne sumowanie prądów w L2 i C przy tych samych wartościach napięcia Uout.

Jak widać z charakterystyki obwodu rezonansowego, zastosowanie kondensatora umożliwia uzyskanie stabilnego napięcia przy małych prądach magnesujących, tj. przy niższym napięciu Uin.

Ponadto z kondensatorem regulator działa z wysokim współczynnikiem mocy. Jeśli chodzi o współczynnik stabilizacji, zależy on od kąta nachylenia poziomej części krzywej 2 do osi odciętych. Ponieważ odcinek ten ma znaczny kąt nachylenia, nie jest możliwe uzyskanie dużego współczynnika stabilizacji bez dodatkowych urządzeń.

Ryż. 2. Charakterystyka elementu nieliniowego ferrorezonansowego stabilizatora napięcia

Takim dodatkowym urządzeniem jest cewka kompensacyjna wk (rys.3), umieszczona wraz z cewką pierwotną na nienasyconym odcinku 1 obwodu magnetycznego. Wraz ze wzrostem Uin i F wzrasta siła elektromotoryczna. itp. v. cewka kompensacyjna. Jest on połączony szeregowo z uzwojeniem wtórnym, ale tak np. itp. c. cewka kompensacyjna była przeciwna w fazie e. itp. v. uzwojenie wtórne. Jeżeli Uin wzrasta, to emisja nieznacznie wzrasta. itp. v. uzwojenie wtórne. Napięcie Uout, które jest określone przez różnicę e. itp. c. uzwojenia wtórne i kompensacyjne są utrzymywane na stałym poziomie ze względu na wzrost e. itp. v. cewka kompensacyjna.

Ryż. 3. Schemat ferrorezonansowego stabilizatora napięcia z cewką kompensacyjną

Uzwojenie w3 jest przeznaczone do zwiększania napięcia na kondensatorze, co zwiększa składową pojemnościową prądu, współczynnik stabilizacji i współczynnik mocy.

Wadą ferrorezonansowych stabilizatorów napięcia jest niesinusoidalne napięcie wyjściowe i jego zależność od częstotliwości.

Przemysł produkuje ferrorezonansowe stabilizatory napięcia o mocy od 100 W do 8 kW, ze współczynnikiem stabilizacji 20-30. Ponadto produkowane są stabilizatory ferrorezonansowe bez bocznika magnetycznego. Strumień magnetyczny F3 w nich jest zamknięty dla powietrza, to znaczy jest to strumień wycieku. Pozwala to na zmniejszenie masy stabilizatora, ale zawęża obszar roboczy do 10% wartości nominalnej Uin przy współczynniku stabilizacji kc równym pięć.