Ferorezonantni stabilizatori napona - princip rada
Stabilizator, kod kojeg se na stezaljkama nelinearne prigušnice dobiva stabilizirani napon, najjednostavniji je feromagnetski stabilizator. Njegov glavni nedostatak je nizak faktor snage. Također, pri velikim strujama u krugu, veličine mrežnih prigušnica su vrlo velike.
Za smanjenje težine i veličine, feromagnetski stabilizatori napona proizvode se s kombiniranim magnetskim sustavom, a za povećanje faktora snage uključuje se kondenzator prema strujnom rezonantnom krugu. Takav stabilizator naziva se ferorezonantni.
Ferorezonantni stabilizatori napona strukturno slični konvencionalnim transformatorima (slika 1, a). Primarni namot w1, na koji se dovodi ulazni napon Uin, nalazi se na dionici 2 magnetskog kruga, koja ima veliki presjek, pa je taj dio magnetskog kruga u nezasićenom stanju. Napon Uin stvara magnetski tok F2.
Riža. 1. Shema ferorezonantnog stabilizatora napona: a — glavni; b — zamjene
Sekundarni namot w2, na čijim se stezaljkama inducira izlazni napon Uout i na koji je priključeno opterećenje, nalazi se u dijelu 3 magnetskog kruga, koji ima manji presjek i nalazi se u zasićenom stanju. Stoga, s odstupanjima napona Uin i magnetskog toka F2, vrijednost magnetskog toka F3 u odjeljku 3 gotovo se ne mijenja, ee se ne mijenja. itd. v. sekundarni namot i Uout. Kako se tok F2 povećava, onaj njegov dio koji ne može proći kroz dionicu 3 zatvara se kroz magnetski shunt 1 (F1).
Magnetski tok F2 pri sinusoidnom naponu Uin je sinusoidan. Kada se trenutna vrijednost fluksa F2 približi amplitudi, dionica 3 prelazi u režim zasićenja, fluks F3 prestaje rasti i pojavljuje se fluks F1. Dakle, tok kroz magnetski shunt 1 zatvara se samo u onim trenucima kada je tok F2 blizu vrijednosti amplitude. To čini tok F3 nesinusoidnim, napon Uout također postaje nesinusoidan, treća harmonijska komponenta je u njemu jasno izražena.
U ekvivalentnom krugu (slika 1, b), paralelno spojeni induktivitet L2 nelinearnog elementa (sekundarni namot) i kapacitet C čine ferorezonantni krug sa karakteristikama prikazanim na slici. 2. Kao što je vidljivo iz nadomjesne sheme, struje u granama proporcionalne su naponu Uin. Krivulje 3 (grana L2) i 1 (grana C) nalaze se u različitim kvadrantima jer su struje u induktivitetu i kapacitetu suprotne faze. Karakteristika 2 rezonantnog kruga konstruirana je algebarskim zbrajanjem struja u L2 i C pri istim vrijednostima napona Uout.
Kao što se može vidjeti iz karakteristika rezonantnog kruga, korištenje kondenzatora omogućuje postizanje stabilnog napona pri niskim strujama magnetiziranja, tj. pri nižem naponu Uin.
Osim toga, s kondenzatorom, regulator radi s visokim faktorom snage. Što se tiče faktora stabilizacije, on ovisi o kutu nagiba horizontalnog dijela krivulje 2 prema osi apscisa. Budući da ovaj dio ima značajan kut nagiba, nemoguće je dobiti veliki faktor stabilizacije bez dodatnih uređaja.
Riža. 2. Karakteristike nelinearnog elementa ferorezonantnog stabilizatora napona
Takav dodatni uređaj je kompenzacijska zavojnica wk (sl.3), smještena zajedno s primarnom zavojnicom na nezasićenom dijelu 1 magnetskog kruga. Kako Uin i F rastu, emf raste. itd. v. kompenzacijski svitak. Spojen je u seriju sa sekundarnim namotom, ali tako npr. itd. c. kompenzacijska zavojnica bila je suprotna u fazi e. itd. v. sekundarni namot. Ako se Uin povećava, tada se emisija malo povećava. itd. v. sekundarni namot. Napon Uout koji je određen razlikom e. itd. c. sekundarni i kompenzacijski namoti održavaju se konstantnima zbog povećanja e. itd. v. kompenzacijski svitak.
Riža. 3. Shema ferorezonantnog stabilizatora napona s kompenzacijskim svitkom
Namot w3 dizajniran je za povećanje napona na kondenzatoru, što povećava kapacitivnu komponentu struje, faktor stabilizacije i faktor snage.
Nedostaci ferorezonantnih stabilizatora napona su nesinusoidalni izlazni napon i njegova ovisnost o frekvenciji.
Industrija proizvodi ferorezonantne stabilizatore napona snage od 100 W do 8 kW, s faktorom stabilizacije od 20-30. Osim toga, proizvode se ferorezonantni stabilizatori bez magnetskog šanta. Magnetski tok F3 u njima je zatvoren za zrak, odnosno radi se o curećem toku. To omogućuje smanjenje težine stabilizatora, ali sužava radno područje na 10% nominalne vrijednosti Uin pri faktoru stabilizacije kc jednakom pet.