Ферорезонансни стабилизатори на напрежение — принцип на действие

Стабилизаторът, при който се получава стабилизирано напрежение на клемите на нелинейния дросел, е най -простият феромагнитен стабилизатор. Основният му недостатък е ниският коефициент на мощност. Освен това при големи токове във веригата размерите на дросела на линията са много големи.

За да се намалят теглото и размерите, феромагнитните стабилизатори на напрежение се произвеждат с комбинирана магнитна система, а за увеличаване на коефициента на мощност се включва кондензатор според текущата резонансна верига. Такъв стабилизатор се нарича ферорезонантен.

Ферорезонансни стабилизатори на напрежение структурно подобни на конвенционалните трансформатори (фиг. 1, а). Първичната намотка w1, към която се подава входното напрежение Uin, се намира на участъка 2 на магнитната верига, която има голямо напречно сечение, така че тази част от магнитната верига е в ненаситено състояние. Напрежение Uin създава магнитен поток F2.

Ориз. 1. Схеми на ферорезонансен стабилизатор на напрежение: а — главен; b — замествания

Вторичната намотка w2, на клемите на която се индуцира изходното напрежение Uout и към която е свързан товарът, се намира в участъка 3 на магнитната верига, която има по -малка секция и е в наситено състояние. Следователно, с отклонения на напрежението Uin и магнитния поток F2, стойността на магнитния поток F3 в раздел 3 почти не се променя, ee не се променя. и т.н. с. вторична намотка и Uout. С увеличаване на потока F2 тази част от него, която не може да премине през участък 3, се затваря през магнитния шунт 1 (F1).

Магнитният поток F2 при синусоидално напрежение Uin е синусоидален. Когато моментната стойност на потока Ф2 се доближи до амплитудата, участък 3 преминава в режим на насищане, потокът Ф3 спира да се увеличава и се появява поток Ф1. По този начин потокът през магнитния шунт 1 се затваря само в онези моменти, когато потокът Ф2 е близо до стойността на амплитудата. Това прави потока Ф3 несинусоидален, напрежението Uout също става несинусоидално, третата хармонична компонента е ясно изразена в него.

В еквивалентната верига (фиг. 1, б) паралелно свързаната индуктивност L2 на нелинейния елемент (вторична намотка) и капацитет С образуват ферорезонансна верига с характеристиките, показани на фиг. 2. Както може да се види от еквивалентната схема, токовете в клоните са пропорционални на напрежението Uin. Кривите 3 (клон L2) и 1 (клон C) са разположени в различни квадранти, тъй като токовете в индуктивността и капацитета са противоположни по фаза. Характеристика 2 на резонансната верига се изгражда чрез алгебрично сумиране на токовете в L2 и C при същите стойности на напрежение Uout.

Както може да се види от характеристиките на резонансната верига, използването на кондензатор дава възможност да се получи стабилно напрежение при ниски магнетизиращи токове, т.е. при по -ниско напрежение Uin.

В допълнение, с кондензатор, регулаторът работи с висок коефициент на мощност. Що се отнася до коефициента на стабилизиране, той зависи от ъгъла на наклона на хоризонталната част на крива 2 към оста на абсцисата. Тъй като този участък има значителен ъгъл на наклон, е невъзможно да се получи голям коефициент на стабилизиране без допълнителни устройства.

Ориз. 2. Характеристики на нелинеен елемент на ферорезонансен стабилизатор на напрежение

Такова допълнително устройство е компенсиращата намотка wk (фиг.3), разположени заедно с първичната намотка върху ненаситената секция 1 на магнитната верига. С увеличаване на Uin и F, ЕДС се увеличава. и т.н. с. компенсираща намотка. Той е включен в серия с вторичната намотка, но така че e. и т.н. с. компенсиращата намотка беше противоположна във фаза e. и т.н. с. вторична намотка. Ако Uin се увеличи, тогава емисията се увеличава леко. и т.н. с. вторична намотка. Напрежение Uout, което се определя от разликата в e. и т.н. с. вторичните и компенсиращите намотки се поддържат постоянни поради увеличаването на e. и т.н. с. компенсираща намотка.

Ориз. 3. Схема на ферорезонансен стабилизатор на напрежение с компенсационна намотка

Намотката w3 е предназначена да увеличи напрежението в кондензатора, което увеличава капацитивната компонента на тока, коефициента на стабилизиране и коефициента на мощност.

Недостатъците на ферорезонансните стабилизатори на напрежение са несинусоидалното изходно напрежение и неговата зависимост от честотата.

Промишлеността произвежда ферорезонансни стабилизатори на напрежение с мощност от 100 W до 8 kW, със стабилизиращ коефициент 20-30. Освен това се произвеждат ферорезонансни стабилизатори без магнитен шунт. Магнитният поток Ф3 в тях е затворен на въздух, тоест това е поток от изтичане. Това дава възможност да се намали теглото на стабилизатора, но стеснява работната площ до 10% от номиналната стойност Uin при коефициент на стабилизиране kc равен на пет.