Ferroresonant spänningsstabilisatorer - funktionsprincip
Stabilisatorn, i vilken en stabiliserad spänning erhålls vid terminalerna på den olinjära choken, är den enklaste ferromagnetiska stabilisatorn. Dess största nackdel är den låga effektfaktorn. Vid höga strömmar i kretsen är även linjedrosselstorlekarna mycket stora.
För att minska vikt och storlek tillverkas ferromagnetiska spänningsstabilisatorer med ett kombinerat magnetsystem och för att öka effektfaktorn ingår en kondensator enligt den aktuella resonanskretsen. En sådan stabilisator kallas ferroresonant.
Ferroresonant spänningsstabilisatorer strukturellt liknar konventionella transformatorer (Fig. 1, a). Primärlindningen w1, till vilken inspänningen Uin appliceras, är placerad på sektion 2 av magnetkretsen, som har ett stort tvärsnitt, så att en del av magnetkretsen är i ett omättat tillstånd. En spänning Uin skapar ett magnetiskt flöde F2.
Ris. 1. Schema för en ferroresonant spänningsstabilisator: a — huvudström; b — substitutioner
Sekundärlindningen w2, på vars terminaler utgångsspänningen Uout induceras och till vilken lasten är ansluten, är placerad i sektion 3 av magnetkretsen, som har en mindre sektion och är i ett mättat tillstånd. Därför, med avvikelser av spänningen Uin och det magnetiska flödet F2, ändras värdet på det magnetiska flödet F3 i sektion 3 nästan inte, ee ändras inte. etc. v. sekundärlindning och Uout. När flödet F2 ökar stängs den del av den som inte kan passera genom sektion 3 genom magnetshunten 1 (F1).
Det magnetiska flödet F2 vid en sinusformad spänning Uin är sinusformad. När det momentana värdet för flödet F2 närmar sig amplituden, går sektion 3 in i mättnadsmod, flödet F3 slutar att öka och flödet F1 visas. Således stänger flödet genom den magnetiska shunten 1 endast vid de ögonblick då flödet F2 är nära amplitudvärdet. Detta gör flödet F3 icke-sinusformigt, spänningen Uout blir också icke-sinusformad, den tredje övertonskomponenten uttrycks tydligt i den.
I den ekvivalenta kretsen (fig. 1, b) bildar den parallellkopplade induktansen L2 för det icke-linjära elementet (sekundärlindningen) och kapacitansen C en ferroresonant krets med de egenskaper som visas i fig. 2. Som framgår av den ekvivalenta kretsen är strömmarna i grenarna proportionella mot spänningen Uin. Kurvorna 3 (gren L2) och 1 (gren C) är placerade i olika kvadranter eftersom strömmarna i induktansen och kapacitansen är motsatta i fas. Karakteristik 2 för resonanskretsen är konstruerad genom att algebraiskt summera strömmarna i L2 och C vid samma spänningsvärden Uout.
Som framgår av resonanskretsens egenskaper gör användningen av en kondensator det möjligt att erhålla en stabil spänning vid låga magnetiseringsströmmar, d.v.s. vid lägre spänning Uin.
Dessutom, med en kondensator, arbetar regulatorn med en hög effektfaktor. När det gäller stabiliseringsfaktorn beror den på lutningsvinkeln för den horisontella delen av kurva 2 mot abskissaxeln. Eftersom denna sektion har en betydande lutningsvinkel är det omöjligt att få en stor stabiliseringsfaktor utan extra anordningar.
Ris. 2. Egenskaper för ett olinjärt element i en ferroresonant spänningsstabilisator
En sådan ytterligare anordning är kompensationsspolen wk (fig.3), placerad tillsammans med primärspolen på den omättade sektionen 1 av magnetkretsen. När Uin och F ökar, ökar emk. etc. v. kompensationsspole. Den är kopplad i serie med sekundärlindningen, men så t.ex. etc. c. kompensationsspolen var motsatt i fas e. etc. v. sekundärlindning. Om Uin ökar så ökar utsläppet något. etc. v. sekundärlindning. Spänning Uout som bestäms av skillnaden i t.ex. etc. c. sekundär- och kompensationslindningarna hålls konstanta på grund av ökningen av t.ex. etc. v. kompensationsspole.
Ris. 3. Schema för en ferroresonant spänningsstabilisator med en kompensationsspole
Lindningen w3 är utformad för att öka spänningen över kondensatorn, vilket ökar den kapacitiva komponenten av strömmen, stabiliseringsfaktorn och effektfaktorn.
Nackdelarna med ferroresonantspänningsstabilisatorer är den icke-sinusformade utspänningen och dess frekvensberoende.
Industrin producerar ferroresonantspänningsstabilisatorer med effekt från 100 W till 8 kW, med en stabiliseringsfaktor på 20-30. Dessutom produceras ferroresonantstabilisatorer utan magnetisk shunt. Det magnetiska flödet F3 i dem är stängt för luft, det vill säga det är ett läckflöde. Detta gör det möjligt att minska vikten av stabilisatorn, men minskar arbetsytan till 10 % av det nominella värdet Uin vid en stabiliseringsfaktor kc lika med fem.