Ổn áp Ferroresonant - nguyên lý hoạt động

Bộ ổn định, trong đó điện áp ổn định thu được ở các cực của cuộn cảm phi tuyến, là bộ ổn định sắt từ đơn giản nhất. Nhược điểm chính của nó là hệ số công suất thấp. Ngoài ra, ở dòng điện cao trong mạch, kích thước cuộn cảm đường dây rất lớn.

Để giảm trọng lượng và kích thước, ổn áp sắt từ được sản xuất với hệ thống từ tính kết hợp, và để tăng hệ số công suất, một tụ điện được đưa vào theo mạch cộng hưởng dòng điện. Chất ổn định như vậy được gọi là cộng hưởng sắt.

Bộ ổn áp Ferroresonant có cấu trúc tương tự như máy biến áp thông thường (Hình 1, a). Cuộn sơ cấp w1, có điện áp đầu vào Uin, nằm trên tiết diện 2 của mạch từ, có tiết diện lớn nên một phần của mạch từ ở trạng thái không bão hòa. Một hiệu điện thế Uin tạo ra từ thông F2.

Cơm. 1. Sơ đồ của bộ ổn áp cộng hưởng sắt: a — chính; b - thay thế

Cuộn thứ cấp w2, trên các cực có điện áp đầu ra Uout được cảm ứng và tải được kết nối, nằm trong phần 3 của mạch từ, có tiết diện nhỏ hơn và ở trạng thái bão hòa. Do đó với các sai lệch của điện áp Uin và từ thông F2 thì giá trị của từ thông F3 ở tiết diện 3 hầu như không thay đổi, ee không thay đổi. vân vân. v. cuộn dây thứ cấp và Uout. Khi từ thông F2 tăng lên, phần không thể đi qua phần 3 của nó được đóng lại thông qua shunt từ 1 (F1).

Từ thông F2 ở điện áp Uin có dạng hình sin. Khi giá trị tức thời của từ thông F2 tiến dần đến biên độ, đoạn 3 chuyển sang chế độ bão hòa, từ thông F3 ngừng tăng và xuất hiện từ thông F1. Do đó, từ thông qua shunt từ tính 1 chỉ đóng tại những thời điểm khi từ thông F2 gần với giá trị biên độ. Điều này làm cho từ thông F3 không phải hình sin, điện áp Uout cũng trở nên không hình sin, thành phần sóng hài bậc ba được thể hiện rõ trong đó.

Trong mạch tương đương (Hình 1, b), điện cảm L2 được kết nối song song của phần tử phi tuyến tính (cuộn thứ cấp) và điện dung C tạo thành mạch cộng hưởng sắt với các đặc điểm như trong Hình. 2. Từ mạch điện tương đương có thể thấy, cường độ dòng điện trong các nhánh tỉ lệ thuận với hiệu điện thế Uin. Đường cong 3 (nhánh L2) và 1 (nhánh C) nằm ở các góc phần tư khác nhau vì dòng điện trong cuộn cảm và điện dung ngược pha nhau. Đặc tính 2 của mạch cộng hưởng được xây dựng bằng cách tính tổng đại số các dòng điện trong L2 và C ở cùng các giá trị điện áp Uout.

Có thể thấy từ các đặc tính của mạch cộng hưởng, việc sử dụng tụ điện giúp có thể thu được điện áp ổn định ở dòng từ hóa thấp, tức là. ở điện áp thấp hơn Uin.

Ngoài ra, với một tụ điện, bộ điều chỉnh hoạt động với hệ số công suất cao. Đối với hệ số ổn định, nó phụ thuộc vào góc nghiêng của phần nằm ngang của đường cong 2 so với trục hoành. Vì phần này có góc nghiêng đáng kể nên không thể có được hệ số ổn định lớn nếu không có các thiết bị bổ sung.

Cơm. 2. Đặc tính phần tử phi tuyến của ổn áp cộng hưởng sắt

Một thiết bị bổ sung như vậy là cuộn bù wk (hình 3), được đặt cùng với cuộn sơ cấp trên phần 1 không bão hòa của mạch từ. Khi Uin và F tăng, emf tăng. vân vân. v.cuộn dây bù. Nó được mắc nối tiếp với cuộn thứ cấp, nhưng e. vân vân. c.cuộn bù ngược pha e. vân vân. v. cuộn dây thứ cấp. Nếu Uin tăng thì lượng phát xạ tăng nhẹ. vân vân. v. cuộn dây thứ cấp. Điện áp Uout được xác định bởi sự khác biệt trong e. vân vân. c. cuộn thứ cấp và cuộn bù được giữ không đổi do e tăng. vân vân. v.cuộn dây bù.

Cơm. 3. Sơ đồ ổn áp cộng hưởng sắt có cuộn bù

Cuộn dây w3 được thiết kế để tăng điện áp trên tụ điện, giúp tăng thành phần điện dung của dòng điện, hệ số ổn định và hệ số công suất.

Nhược điểm của ổn áp cộng hưởng sắt là điện áp đầu ra không hình sin và sự phụ thuộc vào tần số của nó.

Ngành công nghiệp sản xuất máy ổn áp cộng hưởng sắt có công suất từ ​​100 W đến 8 kW, với hệ số ổn định từ 20-30. Ngoài ra, các bộ ổn định cộng hưởng sắt không có shunt từ tính được sản xuất. Từ thông F3 trong chúng được đóng kín với không khí, nghĩa là nó là từ thông rò rỉ. Điều này giúp giảm trọng lượng của bộ ổn định, nhưng thu hẹp vùng làm việc xuống 10% giá trị danh nghĩa Uin ở hệ số ổn định kc bằng năm.