Тема 2.4.3. Схема и принцип работы ферромагнитного стабилизатора переменного напряжения.

(Поспелов, с. 50-51, рис. 4.2 а, б)

Принцип работы ферромагнитного стабилизатора переменного напряжения основан на использовании явления насыщения (намагничивания) ферромагнитного сердечника. Он состоит из двух трансформаторов 1 и 2, первичные обмотки которых намотаны согласно, соединены последовательно и подключены к напряжению U₁ сети. Вторичные обмотки трансформаторов намотаны встречно и соединены последовательно, поэтому выходное напряжение U₂ равно разности напряжений U^'₂ и U^''₂ (U₂ = U^'₂ - U^''₂).

Рис. 1. Схема ферромагнитного стабилизатора переменного напряжения.

Рис.2. Характеристика ферромагнитного стабилизатора напряжения

Сердечник трансформатора 1 изготовлен из стали, обладающей большой индукцией, а сердечник трансформатора 2 – из стали с малой индукцией, благодаря чему первый насыщается быстро и резко, второй медленно и плавно. При увеличении первичного напряжения U₁ напряжение U^''₂ возрастает плавно, тогда как напряжение U^'₂ сначала возрастает резко, а при достижении насыщения сердечника продолжает возрастать также плавно. Трансформаторы рассчитываются так, чтобы в диапазоне изменений напряжения U₁ кривые, соответствующие напряжениям U^'₂ и U^''_2, имели одинаковый угол наклона α. Тогда выходное напряжение U₂, равное разности напряжений U₂ = U^'₂ - U^''_2, будет в этом диапазоне неизменным.

Простейшая схема ферромагнитного стабилизатора приведена на рис.3-26,а. Она выполнена на двух дрос­селях Др1 и Др2. Магнитопровод первого дросселя не насыщен, а второго дросселя насыщен. Обмотки дрос­селей включены последовательно между собой. Вольт- амперная характеристика дросселя Др1 (рис.3-26,б, прямая 1) является линейной функцией, а вольт- амперная характеристика дрос­селя Др2 (кривая 2) и всей цепи (кривая 3) представляют собой нелинейные функции.

Рис. 3-26. Простейший ферромагнитный стабилизатор напряжения: а — схема; б — ВАХ.

Предположим, что входное напряжение U_вx увеличилось на величину ΔU_вx. Тогда напряжение на зажимах обмотки Др1 увеличится на на величину ΔU₁, а напряжение на зажимах обмотки Др2 — на ΔU₂, которое можно найти по формуле ΔU₂ = ΔU_вx - ΔU₁. Это напряжение равно напряжению ΔU_выx, которое во много раз меньше ΔU_вx. Таким образом, на участке I'_вх - I''_вх будет наблюдаться стабилизация выходного напряжения U_выx. Рассмотренная схема стабилизатора применяется редко.

Наибольшее распространение в практике получила схема, изображенная на рис.3-27, а. Схема выполнена на двух трансформаторах Тр1 и Тр2. Магнитопровод пер­вого трансформатора насыщен, а магнитопровод второ­го не насыщен. Первичные обмотки w₁ трансформаторов включены согласно, а вторичные обмотки w₂ и w_K — встречно. Наличие насыщенного трансформатора Тр1 вместо дросселя дает возможность получить любую ве­личину выходного стабилизированного напряжения U_вых. Параметры схемы выбирают так, чтобы наклон характеристики U_K (рис.3-27, б, прямая 1), который зависит от числа витков вторичной (компенсационной) обмотки w_K, на участке стабилизации I'_вх - I''_вх был при­мерно равен углу наклона характеристики U₂ (кри­вая 3). Если входное напряжение U_вx (кривая 4) увели­чилось на ΔU_вx, то напряжение на вторичной обмотке w₂ трансформатора Тр1 увеличится на ΔU₂, а на вторич­ной обмотке w_K трансформатора Тр2— на ΔU_к. Напря­жение на выходе U_выx (кривая 2) изменится только на ΔU_выx, которое намного меньше значения ΔU_вx.

Рис. 3-27. Ферромагнитный стабилизатор напряжения: а — схема; б — ВАХ.