Ferrorezonáns feszültségstabilizátorok - működési elv
A stabilizátor, amelyben stabilizált feszültséget kapnak a nemlineáris fojtó kivezetésein, a legegyszerűbb ferromágneses stabilizátor. Fő hátránya az alacsony teljesítménytényező. Ezen túlmenően, az áramkörben lévő nagy áramok esetén a vonali fojtótekercsek nagyon nagyok.
A súly és a méret csökkentése érdekében a ferromágneses feszültségstabilizátorokat kombinált mágneses rendszerrel gyártják, a teljesítménytényező növelésére pedig az áramkörnek megfelelő kondenzátort tartalmaznak. Az ilyen stabilizátort ferrorezonánsnak nevezik.
Ferrorezonáns feszültségstabilizátorok szerkezetileg hasonlóak a hagyományos transzformátorokhoz (1. ábra, a). A w1 primer tekercs, amelyre az Uin bemeneti feszültséget kapcsoljuk, a mágneses áramkör 2. szakaszán található, amely nagy keresztmetszetű, így a mágneses áramkör egy része telítetlen állapotban van. Az Uin feszültség F2 mágneses fluxust hoz létre.
Rizs. 1. Ferrorezonáns feszültségstabilizátor vázlata: a — fő; b – helyettesítések
A mágneses áramkör kisebb keresztmetszetű, telített állapotú 3. szakaszában található a w2 szekunder tekercs, amelynek kapcsain az Uout kimeneti feszültség indukálódik, és amelyre a terhelés kapcsolódik. Ezért az Uin feszültség és az F2 mágneses fluxus eltérései mellett az F3 mágneses fluxus értéke a 3. szakaszban szinte nem változik, ee nem változik. stb. v. szekunder tekercs és Uout. Az F2 fluxus növekedésével az a része, amely nem tud áthaladni a 3. szakaszon, az 1. mágneses sönt (F1) révén záródik.
Az F2 mágneses fluxus Uin szinuszos feszültségnél szinuszos. Amikor az F2 fluxus pillanatnyi értéke megközelíti az amplitúdót, a 3. szakasz telítési módba lép, az F3 fluxus növekedése megáll, és megjelenik az F1 fluxus. Így az 1 mágneses sönt áthaladó fluxus csak azokban a pillanatokban záródik, amikor az F2 fluxus közel van az amplitúdóértékhez. Ezáltal az F3 fluxus nem szinuszos lesz, az Uout feszültség is nem szinuszos lesz, a harmadik harmonikus komponens egyértelműen kifejeződik benne.
Az ekvivalens áramkörben (1. ábra, b) a nemlineáris elem (szekunder tekercs) párhuzamosan kapcsolt L2 induktivitása és C kapacitása egy ferrorezonáns áramkört alkot, amelynek jellemzői az ábrán láthatók. 2. Amint az az egyenértékű áramkörből látható, az ágak áramai arányosak az Uin feszültséggel. A 3. görbe (L2 ág) és 1 (C ág) különböző negyedekben található, mivel az induktivitás és a kapacitás áramai ellentétes fázisúak. A rezonanciaáramkör 2. karakterisztikáját az L2 és C áramok algebrai összegzésével állítják elő azonos Uout feszültségértékeken.
Amint a rezonáns áramkör jellemzőiből látható, a kondenzátor használata lehetővé teszi stabil feszültség elérését alacsony mágnesezési áramok mellett, pl. kisebb Uin feszültségen.
Ezenkívül egy kondenzátorral a szabályozó nagy teljesítménytényezővel működik. Ami a stabilizációs tényezőt illeti, az a 2. görbe vízszintes részének az abszcissza tengelyhez viszonyított dőlésszögétől függ. Mivel ez a szakasz jelentős dőlésszöggel rendelkezik, további eszközök nélkül lehetetlen nagy stabilizációs tényezőt elérni.
Rizs. 2. Ferrorezonáns feszültségstabilizátor nemlineáris elemének jellemzői
Ilyen kiegészítő eszköz a wk kiegyenlítő tekercs (3. ábra), amely a primer tekercssel együtt a mágneses áramkör telítetlen 1. szakaszán helyezkedik el. Az Uin és F növekedésével az emf növekszik. stb. v. kiegyenlítő tekercs. Sorba van kötve a szekunder tekercseléssel, de így pl. stb. c) a kompenzáló tekercs ellentétes volt az e fázisban. stb. v. szekunder tekercselés. Ha az Uin növekszik, akkor az emisszió kissé növekszik. stb. v. szekunder tekercselés. Feszültség Uout, amelyet az e. stb. c) a szekunder és a kiegyenlítő tekercsek állandó értéken maradnak az e. stb. v. kiegyenlítő tekercs.
Rizs. 3. Kompenzációs tekercses ferrorezonáns feszültségstabilizátor vázlata
A w3 tekercset úgy tervezték, hogy növelje a kondenzátor feszültségét, ami növeli az áram kapacitív összetevőjét, a stabilizációs tényezőt és a teljesítménytényezőt.
A ferrorezonáns feszültségstabilizátorok hátránya a nem szinuszos kimeneti feszültség és annak frekvenciafüggése.
Az iparág ferrorezonáns feszültségstabilizátorokat gyárt 100 W és 8 kW közötti teljesítménnyel, 20-30 stabilizációs tényezővel. Ezenkívül mágneses sönt nélküli ferrorezonáns stabilizátorokat gyártanak. A bennük lévő F3 mágneses fluxus zárva van a levegőtől, vagyis szivárgási fluxus. Ez lehetővé teszi a stabilizátor súlyának csökkentését, de a munkaterületet az Uin névleges érték 10%-ára szűkíti, ötös kc stabilizációs tényező mellett.