Феррорезонансные стабилизаторы напряжения

В параметрических стабилизаторах используют различные схемные включения линейных и нелинейных элементов.

Простейший стабилизатор напряжения состоит из последователь­ного соединения линейного Z_л и нелинейного Z_нл  сопротивлений, вольт-амперная характеристика которого имеет участок Z_нл »const. Такую характеристику имеют варисторы U(I), дроссели насыщения Z(I),нелинейные конденсаторы Z(I)и др. Выходное напряжение U_стснимается в схеме с не­линейного элемента. Эффект стабилизации определяется тем, что DU_n>>DU_ст.

Параметрические стабилизаторы на активных сопротивлениях имеют слишком малый к.п.д. вследствие активных потерь в линейном и не­линейном элементах и поэтому применяются лишь для небольших мощ­ностей - до нескольких ватт.

В цепях переменного тока более высоких мощностей применяют­ся параметрические стабилизаторы на реактивных сопротивлениях: в качестве линейного элемента Z_л используют обычно нена­сыщенный дроссель L₁, а нелинейного Z_нл - насыщенный L₂. Нагрузка подключается параллельно нелинейному элементу.

Последовательное соединение линейного и нелинейного дроссе­лей образует простейший ферромагнитный стабилизатор. Ему присущи следующие недостатки: малое значение коэффициента стабилизации K_U (единицы), неси­нусоидальная форма кривой выходного напряжения, малый диапазон стабилизации, низкий  КПД, вследствие чего подобная схема при­менения не нашла.

Можно существенно повысить значение коэффициента стабилиза­ции K_U и расширить диапазон входного напряжения  упомянутого стаби­лизатора, если уменьшить величину DU_ст  путём введения в схему дополнительного компенсирующего напряжения U_к . Существуют два основных метода компенсации: напряжением,  пропорциональным напряжению на линейном дросселе или напряжением, пропорциональным напряжению сети. Компенсирующее напряжение необходимо потому, что одним только выбором материала сердечника насыщенного дросселя довести DU_ст до нуля не удается из-за конечной крутизны кривой намагничивания на участке насыщения. Поэтому создают  последовательный или парал­лельный феррорезонансный контур. КПД схемы можно существенно повысить ( до 0,7 - 0,8), если параллельно нелинейному дросселю подключить вспомогательную ли­нейную емкость С. Оба указанных способа применяются в современных феррорезонансных стабилизаторах. Наиболее эффективным является стабилизатор с феррорезонансом токов.

Построим результирующую ВАХ нелинейного контура, который настроен в резонанс при U_{сети ном}. Поэтому ток, потребляемый контуром в точке А :

При малых напряжениях индуктивность дросселя велика, ток  мал и результирующий ток имеет ёмкостный характер. В т. А. (резонанс) и при дальнейшем повышении напряжения  I имеет индуктивный характер и резко увеличивается, что соответствует уменьшению индуктивности. При этом напряжение на контуре изменяется меньше чем на отдельном дросселе насыщения: стабильность выходного напряжения U₂ значительно больше.   

Феррорезонансные стабилизаторы  просты, надёжны, КПД достигает 85%, стойки к электрическим и механическим перегрузкам, работают в широком диапазоне температур. Выходные мощности - от 100вт до 10квт. Коэффициент стабилизации по напряжению К_U=15…30.

Недостатки:    чувствительны к изменению частоты.  Так, при  выходное напряжение изменяется на  !  Имеют существенную  массу и объём, несинусоидальность напряжения .

Контрольные вопросы

1. Изложите принцип действия стабилизатора напряжения со ступенчатым регулированием.                        

3. Назовите основные параметры стабилизаторов и объясните их физический смысл.

4. Что дает использование феррорезонанса при построении стабилизаторов напряжения с насыщенным дросселем?

5. Как классифицируются стабилизаторы напряжения?

Вопросы тестового контроля

1. К стабилизаторам переменного тока относятся:

а) феррорезонансные;

б) мультирезонансные;

в) со ступенчатым регулированием;

г) с прямоугольным регулированием;

д) электромеханические с электроприводом.

Ответ: а, в, д

2. К достоинствам стабилизатора напряжения со ступенчатым регулированием  относится следующее:

а) высокое быстродействие;

б) возможность работы при холостом ходе;

в) ограничение точности стабилизации;

г) широкий диапазон входного напряжения.

Ответ: а, б, г

3. Укажите форму напряжения на выходе тиристорного регулятора в цепи переменного тока.

Ответ: а

4. Схема представленная на рисунке называется

а) стабилизатор с феррорезонансом напряжений;

б) стабилизатор с феррорезонансом токов;

в) стабилизатор с линейным дросселем

г) ступенчатый стабилизатор

Ответ: б

5 . К основным элементам электромеханического стабилизатора относятся  …

    а) резонансный контур;

    б) электродвигатель;

    в) системы управления двигателем;

    г) трансформатор тока;

    д) автотрансформатор.

    Ответ: б, в, д.

6.

Ответ: линейный (ненасыщенный)

7.

Ответ: насыщенный

8. Укажите номер характеристики насыщенного дросселя U_LН = f (I).

Ответ: 5

9. Укажите номер характеристики напряжения на конденсаторе U_С = f (I).

Ответ: 1

10. Укажите номер характеристики напряжения на параллельном контуре U_LC = f (I).

Ответ: 4