Регулирование напряжения с помощью дросселей насыщения
Выпрямительные устройства ВУ, питающие стационарную аппаратуру, содержат устройства стабилизации напряжения или тока. Стабилизация выходного напряжения или тока в них чаще всего осуществляется автоматической регулировкой переменного напряжения, подводимого ко входу.
Основным элементом выпрямительного устройства (рисунок 5.5) является силовой трансформатор ТС, понижающий сетевое напряжение до необходимого значения. Это напряжение подается на основной выпрямитель ВО, преобразующий переменный ток в постоянный. На выходе выпрямителя ВО включается блок фильтров Ф, снижающий пульсации выпрямленного напряжения. Напряжение на выходе выпрямительного устройства и на выходе Ф контролируется измерительной системой ИС.
При отклонении напряжения от номинального сигнал рассогласовывания по цепи обратной связи ОС, воздействует на регулирующее устройство РУ. Регулирующее устройство РУ изменяет сетевое напряжение, подводимое к первичной обмотке силового трансформатора так, что напряжение на основном выходе выпрямительного устройства поддерживается практически постоянным.
Дроссель насыщенияиспользуют в выпрямительных устройствах в качестве регулирующего элемента. Он состоит из П-образного замкнутого стального сердечника, на котором размещаются две обмотки (рисунок 5.6, а). Одна из обмоток - рабочая wP - включается в цепь переменного тока, а вторая - обмотка управления wУ - в цепь постоянного тока.
Индуктивное сопротивление рабочей обмотки . (5.5), где ω - угловая частота; wP - число витков рабочей обмотки; Qст - площадь сечения стального сердечника, см2; lср-средняя длина силовой линии, см; μ - магнитная проницаемость; А -постоянная для данной конструкции дросселя в случае, если угловая частота ω также постоянна.
Из выражения (5.5) следует, что индуктивное сопротивление рабочей обмотки пропорционально магнитной проницаемости. Эффективная магнитная проницаемость у ферромагнитных материалов зависит от максимальной индукции в сердечнике μ = f (Bmax), т.е. от степени насыщения сердечника.
Если через обмотку управления пропустить постоянный ток, то в сердечнике создается дополнительное постоянное магнитное поле, которое увеличивает степень насыщения сердечника. При этом изменятся магнитная проницаемость сердечника и сопротивление рабочей части обмотки. С увеличением намагничивания сердечника магнитная проницаемость сначала возрастает, а затем уменьшается (рисунок 5.6, б и в). В качестве рабочего используется участок аб (насыщение сердечника), где μ уменьшается. Следовательно, изменяя намагничивание сердечника с помощью обмотки управления, можно регулировать сопротивление рабочей обмотки, и на ней будет изменяться падение напряжения. Обмотка управления служит своеобразным реостатом, регулирующим напряжение, подаваемое на первичную обмотку силового трансформатора.
Поскольку сопротивление дросселя в основном является реактивным, то потери активной мощности в нем будут незначительными и к.п.д. дросселя как регулятора гораздо выше, чем обычного реостата. Положительным свойством дросселя насыщения является также возможность при помощи небольшого тока подмагничивания управлять большим током, протекающим через главную обмотку переменного тока. Это достигается таким выбором магнитодвижущей силы главной обмотки переменного тока чтобы начальное значение индукции (при действии только одного переменного поля и нулевом токе подмагничивания) было выше точки насыщения сердечника дросселя (сердечник изготовляется из трансформаторной стали).
Это означает, что даже слабый ток подмагничивания заставит резко уменьшаться μ и хр. Следовательно, имеется возможность регулирования без затрат большой мощности в цепи подмагничивания.
Во всех случаях принимаются меры для того, чтобы переменная э.д.с. не возникала в обмотке управления. Для этого дроссель насыщения выполняют из двух изолированных друг от друга сердечников (рисунок 5.6, г). Рабочие обмотки wр, размещенные на разных сердечниках, создают в среднем сердечнике (составленном из двух) магнитные потоки разных направлений Ф1 и Ф2. Эти потоки создают равные по значению и противоположные по направлению э.д.с., которые компенсируют друг друга. В устройствах, где необходима регулировка большой мощности и не требуется быстродействие, рабочие обмотки дросселей включают параллельно. В цепях, где необходимо быстродействие, обмотки включают последовательно.
Обмотки управления (постоянного тока) объединены в одну обмотку, размещаемую на среднем сердечнике.
Рисунок 5.6 – Схемы дросселя насыщения (а) и кривые намагничивания и магнитной проницаемости (б, в)