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_ст снимается 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.

Рисунок10.3Феррорезонансные стабилизаторы напряжения

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

Рисунок 10.4 Зависимости между напряжением и током в индуктивности , емкости и нагрузке

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 Как работает параллельный компенсационный стабилизатор непрерывного действия при увеличении (уменьшении) тока нагрузки или входного напряжения?

2 Какие существуют способы повышения качества стабилизации в компенсационных стабилизаторах непрерывного действия?

3 Каковы достоинства и недостатки импульсных стабилизаторов?

4 Каков принцип работы импульсных стабилизаторов напряжения?

5 В чем сущность методов ШИР И ЧИР?

7 Задание. Выбрать величину индуктивности дросселя величину напряжения и его пульсацию на выходе импульсного стабилизатора напряжения для следующих исходных данных:

to= 0,5 мкс, T= 1мкс, Е=30В, I₀=1А, Rн = 10 Ом, щр = 2 Ом, С=50мкФ.

11 Инверторы напряжения

11.1 Принцип инвертирования напряжения

Для построения схемы инвертора напряжения воспользуемся принципом дуальности. Инвертор является устройством, противоположным выпрямителю, т.к. он преобразует напряжение постоянного тока в разнополярное напряжение прямоугольной или синусоидальной формы. Поменяем местами источник с нагрузкой в схеме выпрямителя и получим схему инвертора напряжения:

Рисунок 11.1 Схема инвертора напряжения

Для формирования двухполярного напряжения необходимо определенным образом управлять ключевыми элементами. Обеспечить стабилизацию (регулирование) напряжения на выходе инвертора можно изменением длительности импульсов управления ключами в зависимости от дестабилизирующих факторов.