Файл: Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник.pdf

показывающим, во сколько раз относительное изменение стабилизи­

рованного напряжения меньше относительного изменения напряже­ ния сети.

Параметрические стабилизаторы на активных сопротивлениях (рис. 17.1) имеют слишком низкий к. п. д. вследствие активных по­ терь в линейном и нелинейном элементах, поэтому их применяют лишь на небольшие мощности — до нескольких ватт. В цепях переменного тока широко используют параметрические стабилизаторы на реактив­ ных сопротивлениях, которыми служат обмотки с ферромагнитными сердечниками. Сердечники, как прави­

ры, в которых нелинейный элемент образован насыщенным дросселем с параллельно присоединенным конденсатором (рис. 17.2, а). Такие схемы работают в режиме феррорезонанса. Их работа сопровождается появлением в ветвях и неразветвленной части схемы несинусоидаль­ ных токов и напряжений сложной формы, которые, однако, удобно заменить эквивалентными синусоидами с действующими значениями, равными действующим значениям фактических токов и напряжений. Это допущение облегчает анализ работы стабилизаторов, позволяет строить векторные диагрмммы, а также рассчитывать стабилизаторы

[3.8].

На рис. 17.2, б построены вольт-амперные характеристики нели­ нейного дросселя Ьил, конденсатора С и контура ЕНЛС. Последняя кривая показывает возможность работы на горизонтальном участке вольт-амперной характеристики контура не только при индуктивном, но и при емкостном характере тока в неразветвленной части цепи, что

393

способствует повышению cos cp стабилизатора в целом. В то же время из этой кривой видно, что вследствие негоризонталыюсти вольт-ам­ перной характеристики ЬплС невозможно получить высокий коэффи­ циент стабилизации ки без дополнительных устройств. Поэтому для компенсации небольшого возрастания напряжения на контуре при возрастающем напряжении сети в схему рис. 17.2, а вводят компен­ сирующую обмотку wt;, располагая ее вместе с обмоткой шл на сер­ дечнике линейного дросселя (рис. 17.3, а). Электродвижущая сила этой обмотки направлена навстречу напряжению контура и компен­ сирует его возрастание, сохраняя неизменным выходное напряжение стабилизаторов.

Р и с . 17 .2 . С х е м а (а) и в о л ь т - а м п е р н ы е х а р а к т е р и ­

Работу стабилизатора этого вида удобно проследить на вектор­ ной диаграмме токов и напряжений (рис. 17.3, б), где буквенные обо­ значения со штрихом соответствуют минимальному напряжению сети Uс, а без штриха — максимальному ІІ0. Диаграммы построены при нагрузке, имеющей индуктивный характер, определяемый сдвигом фаз <р„ между током нагрузки / в и напряжением на ней Ucr. Напря­ жение на линейном дросселе V л и э. д. с. компенсационной обмотки Ек приняты перпендикулярными вектору тока Іи потребляемого из сети и равного сумме токов нагрузки / н и нелинейного контура / п,„ а ток / нЛ перпендикулярен вектору напряжения на нелинейном кон­ туре и„л. Таким образом, диаграмма построена для идеализирован­ ного стабилизатора, в котором дроссели приняты за чисто индуктив­ ные сопротивления. Из диаграммы видно, что при низких напряже­ ниях сети ток контура І'ІЛ емкостный и стабилизатор работает с вы­ соким cos <р. По мере роста напряжения сети ток / ил контура переходит в индуктивный и cos ф понижается.

На рис. 17.3, б дана конструктивная схема стабилизатора, отли­ чающаяся от схемы рис. 17.3, а тем, что нелинейный дроссель выпол­ нен по схеме повышающего автотрансформатора w^w^. Это сделано с целью получения стабилизированного напряжения, равного номи­ нальному напряжению сети, даже если напряжение сети намного меньше номинала.

394

Контур имеет резонансную частоту, близкую к частоте сети

ис е т и f рсз 2 л У а пл

которая может быть получена при разных сочетаниях С и Lnn. Для уменьшения габаритов конденсатора его включают параллельно до­ бавочной обмотке w2 + гѵя, квадрат числа которой определяет высо­ кую индуктивность Тнл.

Регулировку стабилизатора осуществляют подбором количества витков w2 и w„, а также изменением воздушного зазора б (толщина картонной прокладки), меняющего индуктивность линейного дросселя.

Р и с . 17 .3 . Ф е р р о р е з о н а н с н ы й с т а б и л и з а т о р с к о м ­ п е н с и р у ю щ и м н а п р я ж е н и е м , п р о п о р ц и о н а л ь н ы м н а ­ п р я ж е н и ю н а л и н е й н о м д р о с с е л е

В стабилизаторах повышенной точности нелинейный дроссель ре­ комендуется выполнять на кольцевом сердечнике из пермаллоя.

Стабилизаторы с раздельной магнитной системой (рис. 17.3, б) имеют простую конструкцию сердечников, большой диапазон и луч­ шее качество стабилизации, но требуют большого расхода активных материалов.

Для уменьшения веса и габаритов чаще изготовляют стабилизато­

и магнитным шунтом МШ, а нелинейного — суженный стержень с об­ мотками wn3l и w3. При изменении напряжения сети насыщенная часть магнитного потока Os почти не меняется, поэтому изменение э. д. с. обмотки шс достигается за счет переменного потока шунта Фш.

Особенностью этого вида стабилизатора является обмотка wK, э. д. с. которой пропорциональна напряжению сети, а не напряжению

395

и имеют относительно меньший расход активных материалов, позво­ ляют электрически разделить цепи нагрузки и питания, допускают простое переключение обмотки wc на различные номинальные напря­ жения сети, но обладают меньшим диапазоном стабилизации и имеют сложный магнитопровод, что затрудняет их изготовление.

396

Стабилизаторы мощностью от 1 до 8 к е т изготовляют по схеме рис. 17.4, а , но без магнитного шунта. Роль потока Фш выполняет поток рассеяния первичной обмотки. Это позволяет несколько снизить удельный расход активных материа­ лов на 1 к е т мощности, но сужает рабочую область до 10% номинального на­

пряжения сети при коэффициенте стабилизации Іги = 5.

Все виды феррорезонансных стабилизаторов имеют малую инер­ ционность (переходный процесс длится два-три периода), высокую надежность (отсутствуют подвижные части, контакты, электронные лампы и подобные элементы) и длительный срок службы. Однако эти стабилизаторы можно применять лишь в сетях со стабильной частотой, так как использование феррорезонанса обусловливает сильную зави­ симость выходного напряжения от частоты (kf = 0,25 — 1), т. е. изменение частоты на 1% меняет Ucr на 1—4%,. Как увеличение ем­ кости, так и усиление насыщения сердечника нелинейного дросселя, т. е. по существу уход от точки резонанса, уменьшает чувствитель­ ность стабилизаторов к изменениям частоты.

Другим недостатком феррорезонансных стабилизаторов является несинусоидальность выходного напряжения, которая зависит как от напряжения сети, так и от величины и характера нагрузки. С помощью дополнительных фильтров удается приблизить кривую выходного напряжения к синусоидальной форме.

Отметим, что существуют стабилизаторы с феррорезонансом на­ пряжений, но из-за низких значений коэффициента kf ^ 0,25 и cos ф они не получили широкого применения.

§ 17.2. ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Для питания устройств автоматики, телемеханики, вычислитель­ ной и измерительной техники часто необходим переменный ток с час­ тотой, в целое число раз отличающейся от частоты основного источни­ ка энергии. В настоящее время применяют главным образом умножи­ тели частоты в 2, 3, 4, 6, 8 и 9 раз. Делители частоты используют огра­ ниченно, так как они имеют большой вес и низкий к. п. д.

Статические преобразователи частоты представляют собой устрой­ ства на нелинейных элементах, в качестве которых обычно применяют нелинейные индуктивности с насыщающимися ферромагнитными сер­ дечниками [3.10].

У т р о и т е л и ч а с т о т ы могут питаться как от трехфазной, так и от однофазной сети. Рассмотрим принцип действия утроителя (рис. 17.5, а), состоящего из трех одинаковых однофазных транс­ форматоров с ферромагнитными сердечниками. Первичные обмотки трансформаторов соединены звездой, а вторичные — открытым тре­ угольником.

Предположим, что линейные напряжения питающей сети синусои­ дальны и образуют симметричную трехфазную систему Uа , Ub и Ѵс- При этом для уравновешивания приложенной системы напряжений в первичных обмотках трансформаторов должна создаваться система фазовых э. д. с. только синусоидальной формы основной гармоники. Для этого магнитный поток в каждом трансформаторе должен также

897