Ferroresonante spændingsstabilisatorer - funktionsprincip

Stabilisatoren, hvor der opnås en stabiliseret spænding ved terminalerne af den ikke-lineære drossel, er den enkleste ferromagnetiske stabilisator. Dens største ulempe er den lave effektfaktor. Også ved høje strømme i kredsløbet er linjedrosselstørrelserne meget store.

For at reducere vægt og størrelse fremstilles ferromagnetiske spændingsstabilisatorer med et kombineret magnetisk system, og for at øge effektfaktoren medfølger en kondensator i henhold til det aktuelle resonanskredsløb. En sådan stabilisator kaldes ferroresonant.

Ferroresonante spændingsstabilisatorer, der strukturelt ligner konventionelle transformere (fig. 1, a). Primærviklingen w1, som indgangsspændingen Uin påføres, er placeret på sektion 2 af det magnetiske kredsløb, som har et stort tværsnit, således at en del af det magnetiske kredsløb er i umættet tilstand. En spænding Uin skaber en magnetisk flux F2.

Ris. 1. Skema af en ferroresonant spændingsstabilisator: a — hovednet; b — substitutioner

Sekundærviklingen w2, på hvis terminaler udgangsspændingen Uout induceres, og hvortil belastningen er forbundet, er placeret i sektion 3 af det magnetiske kredsløb, som har en mindre sektion og er i en mættet tilstand. Derfor, med afvigelser af spændingen Uin og den magnetiske flux F2, ændres værdien af ​​den magnetiske flux F3 i afsnit 3 næsten ikke, ee ændres ikke. etc. v. sekundærvikling og Uout. Når fluxen F2 øges, lukkes den del af den, der ikke kan passere gennem sektion 3, gennem den magnetiske shunt 1 (F1).

Den magnetiske flux F2 ved en sinusformet spænding Uin er sinusformet. Når den øjeblikkelige værdi af fluxen F2 nærmer sig amplituden, går sektion 3 i mætningstilstand, fluxen F3 holder op med at stige, og fluxen F1 vises. Fluxen gennem den magnetiske shunt 1 lukker således kun i de øjeblikke, hvor fluxen F2 er tæt på amplitudeværdien. Dette gør fluxen F3 ikke-sinusformet, spændingen Uout bliver også ikke-sinusformet, den tredje harmoniske komponent er tydeligt udtrykt i den.

I det ækvivalente kredsløb (fig. 1, b) danner den parallelforbundne induktans L2 af det ikke-lineære element (sekundærvikling) og kapacitansen C et ferroresonant kredsløb med de i fig. 2. Som det ses af det ækvivalente kredsløb, er strømmene i grenene proportionale med spændingen Uin. Kurver 3 (gren L2) og 1 (gren C) er placeret i forskellige kvadranter, fordi strømmene i induktansen og kapacitansen er modsat i fase. Karakteristik 2 af resonanskredsløbet er konstrueret ved algebraisk at summere strømmene i L2 og C ved de samme spændingsværdier Uout.

Som det kan ses af resonanskredsløbets karakteristika, gør brugen af ​​en kondensator det muligt at opnå en stabil spænding ved lave magnetiseringsstrømme, dvs. ved lavere spænding Uin.

Derudover fungerer regulatoren med en kondensator med en høj effektfaktor. Hvad angår stabiliseringsfaktoren, afhænger den af ​​hældningsvinklen af ​​den vandrette del af kurve 2 til abscisseaksen. Da denne sektion har en betydelig hældningsvinkel, er det umuligt at opnå en stor stabiliseringsfaktor uden yderligere enheder.

Ris. 2. Karakteristika for et ikke-lineært element af en ferroresonant spændingsstabilisator

En sådan ekstra anordning er kompensationsspolen wk (fig.3), der er placeret sammen med primærspolen på den umættede sektion 1 af det magnetiske kredsløb. Når Uin og F øges, øges emk. etc. v. kompenserende spole. Den er forbundet i serie med sekundærviklingen, men så f.eks. etc. c. kompensationsspolen var modsat i fase e. etc. v. sekundærvikling. Hvis Uin stiger, så stiger emissionen lidt. etc. v. sekundærvikling. Spænding Uout som er bestemt af forskellen i f.eks. etc. c. sekundær- og kompensationsviklingerne holdes konstante på grund af stigningen i f.eks. etc. v. kompenserende spole.

Ris. 3. Skema af en ferroresonant spændingsstabilisator med en kompensationsspole

Viklingen w3 er designet til at øge spændingen over kondensatoren, hvilket øger den kapacitive komponent af strømmen, stabiliseringsfaktoren og effektfaktoren.

Ulemperne ved ferroresonante spændingsstabilisatorer er den ikke-sinusformede udgangsspænding og dens frekvensafhængighed.

Industrien producerer ferroresonante spændingsstabilisatorer med effekt fra 100 W til 8 kW, med en stabiliseringsfaktor på 20-30. Desuden produceres ferroresonante stabilisatorer uden magnetisk shunt. Den magnetiske flux F3 i dem er lukket for luft, det vil sige, det er en lækageflux. Dette gør det muligt at reducere vægten af ​​stabilisatoren, men indsnævrer arbejdsområdet til 10 % af den nominelle værdi Uin ved en stabiliseringsfaktor kc lig med fem.