Материал: Д6757 Балюбаш ВА Средства автоматизации Ч1

6. Феррорезонансные устройства

Явление феррорезонанса широко используется в технике для построения различных устройств: генераторов, преобразователей частоты, генераторов и формирователей импульсов, стабилизаторов напряжения и тока, реле и др (рис. 14).

Рис. 14

Рассмотрим один из схемных вариантов феррорезонансного реле с последовательно соединѐнными С, L, zн и выдвинем предположение чисто реактивного характера контура (zн = 0). По вольтамперным характеристикам UL = f(I) и UС = f(I) строим вольтамперную характеристику контура (рис. 15). При I = I1 наступает резонанс напряжений и при дальнейшем увеличении тока Uz меняет фазу на 180o, но это не влияет на наши рассуждения, так как рассматриваются эффективные значения тока и напряжений.

Рис. 15

26

В реальном контуре же имеются потери в активном сопротивлении, поэтому точка А не лежит на оси абсцисс, а располагается выше еѐ (А , А ).

При плавном увеличении напряжения U, приложенного

к контуру, ток в нѐм сначала нарастает плавно (ОА), при U > Uсрб происходит резкий скачок I1 – I2, после чего опять увеличивается

плавно (рис. 16).

Снижение напряжения сначала вызывает плавное уменьшение тока по ветви ВБ, а затем срыв от I3 до I4.

Рис. 16

Таким образом, ток в контуре изменяется в соответствии с типичной релейной характеристикой I = f(U) реле напряжения. Реле можно также выполнить по схеме магнитного усилителя с последовательным соединением рабочих обмоток, включив последовательно с ними нагрузку и конденсатор.

6.1. Принципы построения феррорезонансных стабилизаторов напряжения

Выходная характеристика идеального стабилизатора, как зависимость выходной величины Y от величины на входе Х, представляет собой прямую 1, параллельную оси абсцисс (рис. 17).

27

Рис. 17

Реальная же характеристика 2 приближается к идеальной лишь на определѐнном участке. Диапазоном стабилизации стабилизатора называется диапазон изменения входной величины, в пределах которого реальная характеристика с заданной точностью совпадает с идеальной, т.е.

Dст. = хmax – xmin .

Диапазоны стабилизации по напряжению и по току:

Dст.u = Uвх.max – Uвх.min ;

Dст.I = Iн max – Iн min

определяют мощность, КПД и размеры стабилизатора. Коэффициенты стабилизации стабилизатора по току, по на-

пряжению питающей сети и по частоте определяются так:

;

;

.

28

Они показывают, во сколько раз относительное изменение выходного стабилизированного напряжения Uвых./Uвых меньше относительного изменения напряжения сети UП/UП, тока нагрузки IН/IН или частоты f/f.

По принципу работы стабилизаторы делятся на две группы: параметрические и компенсионные. Можно комбинировать стабилизаторы этих групп; тогда параметрический маломощный стабилизатор служит источником эталонного напряжения в мощном компенсационном стабилизаторе.

Простейший стабилизатор напряжения состоит из последовательно соединенных линейного zл и нелинейного zнл сопротивлений.

Рис. 18

Параметрические стабилизаторы при активных сопротивлениях имеют низкий КПД из-за больших потерь, поэтому они применяются на мощностях до нескольких Ватт.

В цепях переменного тока средних и больших мощностей используют параметрические стабилизаторы, выполненные на магнитных элементах: линейном (ненасыщенном) и нелинейном (насыщенном) дросселях.

Введением в схему параметрического стабилизатора дополнительного напряжения Uк, компенсирующего Uвых., можно существенно повысить коэффициент и диапазон стабилизации (рис. 19). Мощность и КПД стабилизатора на магнитных элементах можно существенно повысить, если на базе нелинейного магнитного элемента

29

включением линейной ѐмкости создать последовательный или параллельный феррорезонансный контур и получить феррорезонансный стабилизатор.

Рис. 19

Последовательно соединѐнные С (конденсатор) и катушка Lн с насыщенным магнитным сердечником (нелинейный дроссель) образуют простейший стабилизатор. Стабилизированное выходное напряжение снимается с нелинейного дросселя Lн, сопротивление которого для нормальной работы должно быть намного меньше сопротивления нагрузки zн.

На рис.20 представлены вольтамперные характеристики схемы и еѐ элементов при zн = ∞. При изменении входного напряжения от U П до U П выходное напряжение изменяется всего до U

Статическая характеристика стабилизатора Uвых ставлена на рис. 21.

30