Ferroresonante spanningsstabilisatoren - werkingsprincipe
De stabilisator, waarbij een gestabiliseerde spanning wordt verkregen aan de klemmen van de niet-lineaire smoorspoel, is de eenvoudigste ferromagnetische stabilisator. Het grootste nadeel is de lage arbeidsfactor. Ook zijn bij hoge stromen in het circuit de afmetingen van de lijnsmoorspoelen erg groot.
Om het gewicht en de afmetingen te verminderen, worden ferromagnetische spanningsstabilisatoren vervaardigd met een gecombineerd magnetisch systeem, en om de arbeidsfactor te vergroten, wordt een condensator meegeleverd volgens het huidige resonantiecircuit. Zo'n stabilisator wordt ferroresonant genoemd.
Ferroresonante spanningsstabilisatoren structureel vergelijkbaar met conventionele transformatoren (Fig. 1, a). De primaire wikkeling w1, waarop de ingangsspanning Uin wordt aangelegd, bevindt zich op sectie 2 van het magnetische circuit, dat een grote doorsnede heeft, zodat een deel van het magnetische circuit zich in een onverzadigde toestand bevindt. Een spanning Uin wekt een magnetische flux F2 op.
Rijst. 1. Schema's van een ferroresonante spanningsstabilisator: a - hoofd; b — vervangingen
De secundaire wikkeling w2, op de klemmen waarvan de uitgangsspanning Uout wordt geïnduceerd en waarop de belasting is aangesloten, bevindt zich in sectie 3 van de magnetische schakeling, die een kleinere sectie heeft en zich in een verzadigde toestand bevindt. Daarom, met afwijkingen van de spanning Uin en de magnetische flux F2, verandert de waarde van de magnetische flux F3 in sectie 3 bijna niet, ee verandert niet. enz. v. secundaire wikkeling en Uout. Naarmate de flux F2 toeneemt, wordt het deel ervan dat niet door sectie 3 kan gaan, gesloten door de magnetische shunt 1 (F1).
De magnetische flux F2 bij een sinusvormige spanning Uin is sinusvormig. Wanneer de momentane waarde van de flux F2 de amplitude nadert, gaat sectie 3 in de verzadigingsmodus, de flux F3 stopt met toenemen en de flux F1 verschijnt. De flux door de magnetische shunt 1 sluit dus alleen op die momenten dat de flux F2 dicht bij de amplitudewaarde ligt. Hierdoor wordt de flux F3 niet-sinusvormig, de spanning Uout wordt ook niet-sinusvormig, de derde harmonische component komt er duidelijk in tot uiting.
In het equivalente circuit (Fig. 1, b) vormen de parallel geschakelde inductantie L2 van het niet-lineaire element (secundaire wikkeling) en capaciteit C een ferroresonant circuit met de kenmerken getoond in Fig. 2. Zoals blijkt uit de equivalente schakeling, zijn de stromen in de takken evenredig met de spanning Uin. Krommen 3 (tak L2) en 1 (tak C) bevinden zich in verschillende kwadranten omdat de stromen in de inductantie en capaciteit tegengesteld in fase zijn. Karakteristiek 2 van de resonantiekring wordt geconstrueerd door de stromen in L2 en C algebraïsch op te tellen bij dezelfde spanningswaarden Uout.
Zoals blijkt uit de karakteristieken van de resonantiekring, maakt het gebruik van een condensator het mogelijk om een stabiele spanning te verkrijgen bij lage magnetiseringsstromen, d.w.z. bij lagere spanning Uin.
Bovendien werkt de regelaar met een condensator met een hoge arbeidsfactor. Wat de stabilisatiefactor betreft, deze hangt af van de hellingshoek van het horizontale deel van curve 2 ten opzichte van de abscis-as. Aangezien dit gedeelte een aanzienlijke hellingshoek heeft, is het onmogelijk om zonder extra apparaten een grote stabilisatiefactor te verkrijgen.
Rijst. 2. Kenmerken van een niet-lineair element van een ferroresonante spanningsstabilisator
Zo'n extra apparaat is de compensatiespoel wk (fig.3), die zich samen met de primaire spoel op het onverzadigde deel 1 van het magnetische circuit bevindt. Naarmate Uin en F toenemen, neemt de emf toe. enz. v. compensatiespoel. Het is in serie verbonden met de secundaire wikkeling, maar dus b.v. enz. C. de compensatiespoel was tegengesteld in fase e. enz. v. secundaire wikkeling. Als Uin toeneemt, dan neemt de emissie iets toe. enz. v. secundaire wikkeling. Spanning Uout die wordt bepaald door het verschil in e. enz. c) de secundaire en compenserende wikkelingen worden constant gehouden door de toename van e. enz. v. compensatiespoel.
Rijst. 3. Schema van een ferroresonante spanningsstabilisator met een compensatiespoel
De wikkeling w3 is ontworpen om de spanning over de condensator te verhogen, waardoor de capacitieve component van de stroom, de stabilisatiefactor en de arbeidsfactor toenemen.
De nadelen van ferroresonante spanningsstabilisatoren zijn de niet-sinusvormige uitgangsspanning en de frequentieafhankelijkheid ervan.
De industrie produceert ferroresonante spanningsstabilisatoren met een vermogen van 100 W tot 8 kW, met een stabilisatiefactor van 20-30. Bovendien worden ferroresonante stabilisatoren zonder magnetische shunt geproduceerd. De magnetische flux F3 daarin is gesloten voor lucht, dat wil zeggen, het is een lekflux. Dit maakt het mogelijk om het gewicht van de stabilisator te verminderen, maar vernauwt het werkgebied tot 10% van de nominale waarde Uin bij een stabilisatiefactor kc gelijk aan vijf.