6.9 Параметричні стабілізатори змінної напруги

6.9.1 Дросельний стабілізатор напруги

Принцип роботи параметричних стабілізаторів змінної напруги співпадає з принципом роботи розглянутих у розділі 3 параметричних стабілізаторів постійної напруги. Замість гасячого резистора (рисунок 3.6) у простішому стабілізаторі змінної напруги використовуютьдросель (рисунок 6.10, а), що працює у лінійному режимі (без насичення), а замість стабілітрона VD1 – дросель , осердя якого входить у насичення [4, 7]. Вольт­-амперні характеристики дроселів інаведені на рисунку 6.10, б.

Рисунок 6.10 – Параметричний стабілізатор змінної напруги (а) та

його характеристики намагнічування

Якщо знехтувати втратами в сталі і міді, то можна вважати, що напруги дроселів збігаються по фазі, а їх сумарна напруга дорівнює напрузі мережі

+.

Відклавши по осі ординат максимальне і мінімальнезначення напруги мережі, визначимо за характеристиками відповідні значення напруги,на насиченому дроселі і навантаженні. Зміна напруги на вході рівна

=-, (6.43) а на вході

=-. (6.44)

Порівнюючи на графіках результати (6.43) і (6.44) бачимо, що зміни вихідної напруги менші, ніж вхідної.

Недоліки розглянутого стабілізатора: малий коефіцієнт стабілізації; значні габарити і маса дроселів; великі реактивні струми. Тому він не знайшов широкого використання.

6.9.2 Параметричний стабілізатор з коливальним контуром

Недоліки стабілізатора, які перелічені у пункті 6.9.1, частково усунуті у параметричному стабілізаторі, схема якого наведена на рисунку 6.11, а. У ньому паралельно дроселю увімкнений конденсаторС, який утворює з ним коливальний контур. Такий стабілізатор називають ферорезонансним [4]. На рисунку 6.11, б зображені графіки залежності напруги від струму для дроселя з насиченням , ємностіС та результуюча характеристика навантаження. При підвищенні напруги на дроселі струм у його обмотцізбільшується спочатку пропорційно напрузі, а при насиченні осердя починає зростати швидше. Струм конденсатора пропорційний напрузі:

.

Якщо втрат у дроселі і конденсаторі немає, то струми ізнаходяться у протифазі і результуючий струм дорівнює арифметичній різниці цих струмів.

.

Рисунок 6.11 – Схема параметричного стабілізатора напруги

з коливальним контуром (а) та залежності між напругою і струмом (б)

При малих напругах індуктивність дроселя велика, струм у дроселі малий і результуючий струм має ємнісний характер. У точці А, що відповідає резонансу струмів, сумарний струм близький до нуля, а при подальшому підвищені напруги струм має індуктивний характер.

Порівняння робочих (положистих) ділянок кривих іпоказує, що при однакових змінах струму напруга на резонансному контурі (крива) змінюється менше, ніж на дроселі (крива), тобто резонансний контур підвищує ефективність стабілізації.

Стійка робота стабілізатора можлива лише за точкою резонансу (від точки А вправо), тому що на цій ділянці підвищення напруги викликає збільшення струму як у резонансному контурі, так і в індуктивності .

Зі збільшенням вхідної напруги падіння напруги на дроселі збільшується, а вихідна напруга залишається незмінною.

Зліва від точки А (ділянка А–В) робота стабілізатора неможлива, тому що позитивним збільшенням напруги відповідають негативні збільшення струму резонансного контуру і дроселя . Внаслідок цього падіння напруги назменшується, а вихідна напруга підвищується.

Недоліком уведення коливального контуру стала чутливість стабілізатора до змін частоти мережі. Коливання частоти в межах 1...2 % викликає зміну вихідної напруги на 2…3 %. При збільшені частоти струму (пунктирні криві на рисунку 6.11, б) індуктивний опір збільшується, а ємнісний зменшується. Тому залежність підіймається, a– опускається. Вихідна напругау результаті збільшується.

Покращання характеристик стабілізатора досягається виконанням на осерді дроселя з насиченням автотрансформатора з підвищенням напруги, що забезпечує незмінність вихідної напруги при зниженні напруги мережі [4].

Позитивні характеристики ферорезонансних стабілізаторів напруги полягають у їх простоті, надійності. Серед недоліків потрібно відмітити: 1) чутливість до змін частоти; 2) залежність вихідної напруги від характеру навантаження (активне, ємнісне, індуктивне); 3) спотворення форми кривої вихідної напруги; 3) значні масогабаритні показники, низький ККД, малий коефіцієнт потужності (cosφ).

Поліпшити характеристики стабілізаторів змінної напруги можна, як і стабілізаторів постійної напруги, при використанні компенсаційних методів, розглянутих у розділі 3. У компенсаційному стабілізаторі вихідна змінна напруга порівнюється з опорною, сигнал неузгодження посилюється і є керуючим для силового магнітного підсилювача. Амплітуда вихідної напруги є більш стабільною, вона не залежить від частоти. Але ККД, коефіцієнт потужності, спотворення форми напруги у компенсаційних стабілізаторах приблизно такі, як і у параметричних.