Феррорезонансные стабилизаторы напряжения
Электромагнитные стабилизаторы напряжения, в которых используют резонансные контуры, называют феррорезонансными. Их применяют в качестве маломощных стабилизаторов переменного напряжения и как опорные (эталонные) источники напряжения. Чаще всего их выполняют на одном сердечнике из трансформаторной стали Ш-образной формы с тремя стержнями (рисунок 5.8, а). Площадь поперечного сечения крайних стержней значительно меньше среднего. Кроме того, левый стержень имеет воздушный зазор δ, выполняющий роль магнитного шунта, снижающего внешний поток рассеивания и уменьшающего влияние феррорезонансного стабилизатора напряжения на работу соседних устройств. На среднем и правом стержнях размещаются обмотки: первичная w1и компенсационная wк - на среднем, вторичная w2 и дополнительная wд - на правом. Компенсационная обмотка имеет число витков в 3-6 раз меньшее, чем вторичная обмотка, поэтому напряжение на ней относительно невелико. Она включена последовательно с вторичной обмоткой и навстречу ей.
При включении входного напряжения в первичной обмотке будет протекать ток, который создаст магнитный поток Ф в среднем стержне. Этот поток разветвляется на два: Ф2 - поток, протекающий в правом стержне, и Ф1 - поток, протекающий в левом стержне. При малых напряжениях поток Ф1 мал, так как на его пути имеется воздушный зазор δ, представляющий собой большое сопротивление. Основная часть потока Ф будет замыкаться через правый стержень - поток Ф2, обусловливающий возникновение напряжений U2 и Uд. С увеличением входного напряжения Uвх будет пропорционально увеличиваться напряжение U2 (рисунок 5.8, б). При дальнейшем увеличении входного напряжения наступает насыщение правого стержня, и с этого момента магнитный поток Ф2 будет изменяться мало, начнет увеличиваться поток Ф1. Напряжение U2 при этом изменяется незначительно - начинается процесс стабилизации. Для повышения стабильности выходного напряжения служит компенсационная обмотка, напряжение в которой изменяется пропорционально входному напряжению. Так как компенсационная обмотка включена встречно с вторичной обмоткой, то результирующее напряжение на нагрузке равно их разности Uн = U2 — UК. Следовательно, небольшие изменения напряжения U2 будут скомпенсированы напряжением Uк, а напряжение на нагрузке будет более стабильно (кривая UН).
Рисунок 5.8 – Схема феррорезонансного стабилизатора напряжения (а) и зависимости напряжений U2, UK и UH от UBX (б)
Вторичная обмотка вместе с дополнительной, зашунтированные конденсатором С (см. рисунок 5.8, а), образуют колебательный контур, настроенный на частоту сети. Этот контур создает дополнительное насыщение правого стержня и улучшает стабилизирующие свойства феррорезонансного стабилизатора. Феррорезонансные стабилизаторы можно изготавливать из стальных пластин различной конфигурации. Настройка и регулировка их осуществляются с помощью подключения различных отводов или изменения воздушного зазора магнитного шунта.
К достоинствам электромагнитных стабилизаторов напряжения относятся: возможность получения переменного напряжения высокой стабильности при значительных колебаниях напряжения сети; безинерционность действия, устойчивость электрических данных, простота конструкции и небольшая стоимость.
Наряду с достоинствами феррорезонансные стабилизаторы обладают и некоторыми существенными недостатками, ограничивающими область их применения: относительно невысокий к.п.д. (0,7-0,85), зависимость выходного напряжения от частоты сети; искажение формы выходного напряжения, для исправления которой требуется применение специальных фильтров; зависимость выходного напряжения от характера нагрузки; наличие значительных магнитных полей рассеяния.