Ferroresonant spenningsstabilisatorer - operasjonsprinsipp

Stabilisatoren, der en stabilisert spenning oppnås ved terminalene til den ikke-lineære choken, er den enkleste ferromagnetiske stabilisatoren. Den største ulempen er den lave effektfaktoren. Også, ved høye strømmer i kretsen, er linjestrupestørrelsene veldig store.

For å redusere vekt og størrelse produseres ferromagnetiske spenningsstabilisatorer med et kombinert magnetisk system, og for å øke effektfaktoren er det inkludert en kondensator i henhold til gjeldende resonanskrets. En slik stabilisator kalles ferroresonant.

Ferroresonant spenningsstabilisatorer strukturelt lik konvensjonelle transformatorer (fig. 1, a). Primærviklingen w1, som inngangsspenningen Uin tilføres, er plassert på seksjon 2 av magnetkretsen, som har et stort tverrsnitt, slik at en del av magnetkretsen er i umettet tilstand. En spenning Uin skaper en magnetisk fluks F2.

Ris. 1. Skjematisk av en ferroresonant spenningsstabilisator: a — hovedledning; b — erstatninger

Sekundærviklingen w2, på terminalene som utgangsspenningen Uout induseres til og som lasten er koblet til, er plassert i seksjon 3 av den magnetiske kretsen, som har en mindre seksjon og er i mettet tilstand. Derfor, med avvik av spenningen Uin og den magnetiske fluksen F2, endres verdien av den magnetiske fluksen F3 i seksjon 3 nesten ikke, ee endres ikke. etc. v. sekundærvikling og Uout. Når fluksen F2 øker, lukkes den delen av den som ikke kan passere gjennom seksjon 3 gjennom den magnetiske shunten 1 (F1).

Den magnetiske fluksen F2 ved en sinusformet spenning Uin er sinusformet. Når den øyeblikkelige verdien av fluksen F2 nærmer seg amplituden, går seksjon 3 inn i metningsmodus, fluksen F3 slutter å øke og fluksen F1 vises. Således lukkes fluksen gjennom den magnetiske shunt 1 bare i de øyeblikkene når fluksen F2 er nær amplitudeverdien. Dette gjør fluksen F3 ikke-sinusformet, spenningen Uout blir også ikke-sinusformet, den tredje harmoniske komponenten kommer tydelig til uttrykk i den.

I den ekvivalente kretsen (fig. 1, b) danner den parallellkoblede induktansen L2 til det ikke-lineære elementet (sekundærviklingen) og kapasitansen C en ferroresonant krets med karakteristikkene vist i fig. 2. Som det fremgår av ekvivalentkretsen, er strømmene i grenene proporsjonale med spenningen Uin. Kurvene 3 (gren L2) og 1 (gren C) er plassert i forskjellige kvadranter fordi strømmene i induktansen og kapasitansen er motsatt i fase. Karakteristikk 2 av resonanskretsen er konstruert ved å algebraisk summere strømmene i L2 og C med samme spenningsverdier Uout.

Som man kan se av egenskapene til resonanskretsen, gjør bruken av en kondensator det mulig å oppnå en stabil spenning ved lave magnetiseringsstrømmer, dvs. ved lavere spenning Uin.

I tillegg, med en kondensator, opererer regulatoren med en høy effektfaktor. Når det gjelder stabiliseringsfaktoren, avhenger den av helningsvinkelen til den horisontale delen av kurve 2 til abscisseaksen. Siden denne delen har en betydelig helningsvinkel, er det umulig å oppnå en stor stabiliseringsfaktor uten ekstra enheter.

Ris. 2. Karakteristikk av et ikke-lineært element av en ferroresonant spenningsstabilisator

En slik tilleggsanordning er kompensasjonsspolen wk (fig.3), plassert sammen med primærspolen på den umettede delen 1 av magnetkretsen. Når Uin og F øker, øker emk. etc. v. kompensasjonsspole. Den er koblet i serie med sekundærviklingen, men f.eks. etc. c. kompensasjonsspolen var motsatt i fase e. etc. v. sekundærvikling. Hvis Uin øker, så øker utslippet litt. etc. v. sekundærvikling. Spenning Uout som bestemmes av forskjellen i f.eks. etc. c. sekundær- og kompensasjonsviklingene holdes konstante på grunn av økningen i f.eks. etc. v. kompensasjonsspole.

Ris. 3. Skjema av en ferroresonant spenningsstabilisator med en kompensasjonsspole

Viklingen w3 er designet for å øke spenningen over kondensatoren, noe som øker den kapasitive komponenten av strømmen, stabiliseringsfaktoren og effektfaktoren.

Ulempene med ferroresonante spenningsstabilisatorer er den ikke-sinusformede utgangsspenningen og dens frekvensavhengighet.

Industrien produserer ferroresonante spenningsstabilisatorer med effekt fra 100 W til 8 kW, med en stabiliseringsfaktor på 20-30. I tillegg produseres ferroresonante stabilisatorer uten magnetisk shunt. Den magnetiske fluksen F3 i dem er lukket for luft, det vil si at det er en lekkasjefluks. Dette gjør det mulig å redusere vekten av stabilisatoren, men begrenser arbeidsområdet til 10 % av den nominelle verdien Uin ved en stabiliseringsfaktor kc lik fem.