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 w_к - на среднем, вторичная w₂ и дополнительная w_д - 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 U_д. С увеличением входного напряжения U_вх 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 U_н = U₂ — U_К. Следовательно, небольшие изменения напряжения U₂ будут ском­пенсированы напряжением U_к, а напряжение на нагрузке будет более стабильно (кривая U_Н).

Рисунок 5.8 – Схема феррорезонансного стабилизатора напряжения (а) и зависимости напряжений U₂, U_K и U_H от U_BX (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.