Stabilizzatori di tensione ferrorisonanti - principio di funzionamento

Lo stabilizzatore, in cui si ottiene una tensione stabilizzata ai terminali dell'induttanza non lineare, è il più semplice stabilizzatore ferromagnetico. Il suo principale svantaggio è il basso fattore di potenza. Inoltre, a correnti elevate nel circuito, le dimensioni delle induttanze di linea sono molto grandi.

Per ridurre il peso e le dimensioni, gli stabilizzatori di tensione ferromagnetici sono realizzati con un sistema magnetico combinato e per aumentare il fattore di potenza è incluso un condensatore in base al circuito risonante corrente. Tale stabilizzatore è chiamato ferrorisonante.

Stabilizzatori di tensione ferrorisonanti strutturalmente simili ai trasformatori convenzionali (Fig. 1, a). L'avvolgimento primario w1, a cui è applicata la tensione di ingresso Uin, si trova sulla sezione 2 del circuito magnetico, che ha una grande sezione trasversale, in modo che parte del circuito magnetico sia in uno stato insaturo. Una tensione Uin crea un flusso magnetico F2.

Riso. 1. Schemi di uno stabilizzatore di tensione ferrorisonante: a - principale; b — sostituzioni

L'avvolgimento secondario w2, ai cui capi è indotta la tensione di uscita Uout ea cui è collegato il carico, si trova nella sezione 3 del circuito magnetico, che ha una sezione minore ed è in stato di saturazione. Pertanto, con deviazioni della tensione Uin e del flusso magnetico F2, il valore del flusso magnetico F3 nella sezione 3 quasi non cambia, ee non cambia. eccetera. v. avvolgimento secondario e Uout. All'aumentare del flusso F2, quella parte di esso che non può passare attraverso la sezione 3 viene chiusa attraverso lo shunt magnetico 1 (F1).

Il flusso magnetico F2 ad una tensione sinusoidale Uin è sinusoidale. Quando il valore istantaneo del flusso F2 si avvicina all'ampiezza, la sezione 3 va in saturazione, il flusso F3 cessa di aumentare e compare il flusso F1. Pertanto, il flusso attraverso lo shunt magnetico 1 si chiude solo in quei momenti in cui il flusso F2 è vicino al valore di ampiezza. Questo rende il flusso F3 non sinusoidale, anche la tensione Uout diventa non sinusoidale, la componente di terza armonica è chiaramente espressa in essa.

Nel circuito equivalente (Fig. 1, b), l'induttanza L2 collegata in parallelo dell'elemento non lineare (avvolgimento secondario) e la capacità C formano un circuito ferrorisonante con le caratteristiche mostrate in Fig. 2. Come si vede dal circuito equivalente, le correnti nei rami sono proporzionali alla tensione Uin. Le curve 3 (ramo L2) e 1 (ramo C) si trovano in quadranti diversi perché le correnti nell'induttanza e nella capacità sono opposte in fase. La caratteristica 2 del circuito risonante è costruita sommando algebricamente le correnti in L2 e C agli stessi valori di tensione Uout.

Come si può vedere dalle caratteristiche del circuito risonante, l'utilizzo di un condensatore consente di ottenere una tensione stabile a basse correnti magnetizzanti, cioè a bassa tensione Uin.

Inoltre, con un condensatore, il regolatore funziona con un elevato fattore di potenza. Per quanto riguarda il fattore di stabilizzazione, esso dipende dall'angolo di inclinazione della parte orizzontale della curva 2 rispetto all'asse delle ascisse. Poiché questa sezione ha un angolo di inclinazione significativo, è impossibile ottenere un elevato fattore di stabilizzazione senza dispositivi aggiuntivi.

Riso. 2. Caratteristiche di un elemento non lineare di uno stabilizzatore di tensione ferrorisonante

Tale dispositivo aggiuntivo è la bobina di compensazione wk (fig.3), posta insieme alla bobina primaria sulla sezione insatura 1 del circuito magnetico. All'aumentare di Uin e F, aumenta la fem. eccetera. v. bobina di compensazione. È collegato in serie con l'avvolgimento secondario, ma così e. eccetera. c. la bobina di compensazione era opposta nella fase e. eccetera. v. avvolgimento secondario. Se Uin aumenta, l'emissione aumenta leggermente. eccetera. v. avvolgimento secondario. Tensione Uout che è determinata dalla differenza in e. eccetera. c. gli avvolgimenti secondari e di compensazione sono mantenuti costanti a causa dell'aumento di e. eccetera. v. bobina di compensazione.

Riso. 3. Schema di uno stabilizzatore di tensione ferrorisonante con bobina di compensazione

L'avvolgimento w3 è progettato per aumentare la tensione attraverso il condensatore, che aumenta la componente capacitiva della corrente, il fattore di stabilizzazione e il fattore di potenza.

Gli svantaggi degli stabilizzatori di tensione ferrorisonanti sono la tensione di uscita non sinusoidale e la sua dipendenza dalla frequenza.

L'industria produce stabilizzatori di tensione ferrorisonanti con potenza da 100 W a 8 kW, con un fattore di stabilizzazione di 20-30. Inoltre, vengono prodotti stabilizzatori ferrorisonanti senza shunt magnetico. Il flusso magnetico F3 in essi è chiuso all'aria, cioè è un flusso di dispersione. Ciò consente di ridurre il peso dello stabilizzatore, ma restringe l'area di lavoro al 10% del valore nominale Uin con un fattore di stabilizzazione kc pari a cinque.