Стабилизаторы напряжения в электротехнических установках

СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

В электротехнических установках наиболее распространены стабилизаторы тока, мощности и напряжения, последние получили преимущественное распространение. Стабилизаторы бывают параметрические и компенсационные.

Параметрические стабилизаторы обычно основываются на использовании нелинейных элементов, включаемых в схему совместно с линейными таким образом, чтобы при изменении входного параметра выходной изменялся значительно меньше. Эти стабилизаторы представляют собой разомкнутую систему автоматического регулирования (в ней отсутствует обратная связь между выходом и входом).

Один из основных параметров стабилизатора — коэффициент стабилизации, выражаемый через входное U₁, выходное U₂, напряжения и их приращения:

K_ст = DU₁/DU₂)(U₁/U₂).                                        (1)

Широко распространены стабилизаторы феррорезонансные, на магнитных усилителях, электронных лампах и полупроводниковых приборах.

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения (рис. 1, а). Первичное переменное напряжение U₁, подаваемое на обмотку w₁, создает в среднем стержне 1 магнитопровода магнитный поток F₁:

                U₁ = 4,44fw₁F₁ .                                            (2)

Участок 2 магнитопровода имеет меньшее сечение и работает в насыщенной части кривой намагничивания В (H). Поэтому при изменениях напряжения U₁ и потока F₁ часть потока, замыкающаяся через участок 2, и наводимая на обмотке w₂ Э д с. изменяются менее существенно.

Подключение емкости С параллельно вторичной обмотке улучшает результирующую характеристику стабилизатора. На рис. 1, б даны зависимости тока через емкость I_C = f (u) (кривая 2) и тока через индуктивность I_L = f (u) (кривая /) от напряжения, а также результирующая характеристика 3, построенная с учетом того, что токи I_C и I_L находятся в противофазе. Применение емкости С дает возможность получить стабилизацию напряжения и в области малых напряженностей магнитного поля Н, которая взаимосвязана с входным напряжением стабилизатора.

Чтобы уменьшить наклон результирующей характеристики 3 стабилизатора в рабочей зоне аб и улучшить качество стабилизации напряжения, применяется компенсирующая обмотка w_кмс на стержне 1. Она включена последовательно со вторичной обмоткой w₂, но таким образом, что наводимая в ней э. д. с. находится в противофазе (вычитается) с э. д. с. обмотки w₂ . Поэтому рабочий участок характеристики стабилизатора становится более пологим (кривая 4).

Обмотка w₃ предназначена для повышения напряжения на конденсаторе С и увеличения емкостной составляющей тока. Кроме стабилизации напряжения U₂ при небольших величинах U₁ применение емкости С уменьшает реактивную мощность, потребляемую стабилизатором. Из-за нелинейности характеристик стабилизатора, определяемых нелинейностью кривой намагничивания стали, форма кривой стабилизируемого напряжения U₂ будет отличаться от синусоиды. В кривой напряжения U₂ выражены третья и пятая гармоники. Для улучшения формы кривой применяют фильтры, настроенные на эти гармоники. Существенный недостаток ферроре-зонансного стабилизатора — зависимость выходного напряжения от частоты: при отклонении частоты на 1 % погрешность составляет примерно 1,5%.

Стабилизаторы на полупроводниковых приборах. Обычно они работают в непрерывном или в ключевом режимах. В стабилизаторах с непрерывным  режимом регулирующий элемент работает как  управляемое сопротивление и вся избыточная мощность источника выделяется на нем. В таком стабилизаторе, построенном на основе транзисторов, рабочая точка находится где-то на среднем участке нагрузочной характеристики и может занимать любое положение. В стабилизаторах с ключевым режимом, когда применяемые в них транзисторы находятся либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, последовательный регулирующий элемент работает как бесконтактный переключатель, который периодически замыкается, пропуская ток в течение некоторого промежутка времени, а затем размыкается. Мощность, поступающая в нагрузку в течение периода пропускания, регулируется изменением времени пропускания. Для автоматического регулирования этого времени в зависимости от колебаний выходного напряжения используются узлы отрицательной обратной связи.