Феррорезонансные стабилизаторы

Феррорезонансные стабилизаторы переменного напряжения так же, как и дроссели насыщения, относятся к числу электромагнитных стабилизаторов.

Существует несколько разновидностей феррорезонансных стабилизаторов, отличающихся как электрической схемой, так и конструктивным оформлением.

Рассмотрим устройство и работу наиболее часто применяемого односердечникового феррорезонансного стабилизатора (ФРС) (рис. 4.5).

От обычного трансформатора такой стабилизатор отличается тем, что имеет один керн большего сечения, а другой — меньшего.

На керне большего сечения располагаются две обмотки:

первичная ω₁;

компенсационная ω_к.

На керне меньшего сечения размещены тоже две обмотки:

резонансная ω_р;

вторичная ω₂.

На обмотку ω₁ подается напряжение сети переменного тока (U1), которое надо стабилизировать.

Ток, проходящий по обмотке ω₁, создает магнитный поток в стальном сердечнике.

Керн, на котором размещена обмотка ω_р, оказывается насыщенным в большей степени, так как его сечение меньше.

Для еще большего повышения насыщения этого керна к обмотке ω_р, подключены конденсаторы С_р.

Таким образом, создается резонансный контур, в котором действует довольно значительный ток I_р.

Так как керн меньшего сечения, оказывается сильно насыщенным, то изменение напряжения сети U₁ мало влияет на величину магнитного потока в нем.

В результате напряжение U₂, наводимое во вторичной обмотке, меняется в незначительных пределах даже при большом изменении величины напряжения сети U₁.

Стабильность выходного напряжения (U₂) повышается благодаря включению обмотки ω_к.

Так как эта обмотка расположена на том же ненасыщенном пеане, что и первичная, то наводимое в ней напряжение, U_K прямо пропорционально напряжению сети.

Компенсационная обмотка ω_к включается последовательно с обмоткой ω₂, но так, что напряжение (U_K) в ней действует навстречу напряжению во вторичной обмотке (U₂).

Следовательно, если напряжение сети (U₁) возрастает и в результате этого немного возрастает и вторичное (U₂) стабилизированное напряжение, то это возрастание компенсируется действием обмотки ω_к, так как из возросшего вторичного напряжения (U₂) вычитается возросшее напряжение (U_к) компенсационной обмотки. Таким образом, напряжение на нагрузке (U_н) делается более стабильным.

Так как часть стального сердечника ФРС работает в условиях большого насыщения, то в примыкающем к нему пространстве действуют довольно сильные поля магнитного рассеяния.

Эти поля могут оказывать большое влияние на работу аппаратуры, расположенной поблизости (особенно на электромагнитные реле, измерительные приборы и т. п.).

В связи с этим ФРС стараются расположить подальше от деталей выпрямительного устройства, в котором он применяется. Для снижения внешних магнитных полей в ФРС используют магнитный шунт, который представляет собой стержень, набранный из пластин трансформаторной стали.

Магнитный шунт имеет П-образную форму, что позволяет прижать его к основному сердечнику ФРС. Обычно между шунтом и сердечникам кладут изоляционную прокладку.

На рис, 4.6 показана схема односердечникового ФРС, снабженного магнитным шунтом.

Схема соединения обмоток этого ФРС несколько отличается от схемы, приведенной на рис. 4.5.

Это отличие состоит в том, что резонансная ω_р и вторичная ω₂, обмотки стабилизатора на рис 4.6 совмещены так, что в качестве вторичной обмотки используется часть резонансной обмотки.

Такое объединение обмоток не вносит никаких изменений в процесс работы ФРС, но позволяет достигнуть некоторой экономии меди, расходуемой на резонансную и вторичную обмотки.

Промышленность выпускает ФРС (типы СНЭ и С) со стальным сердечником специальной формы (рис. 4.7), которая позволяет обеспечить хорошую экранировку магнитных полей рассеяния и, кроме того, уменьшить расход меди на обмотки.

Наружная часть (Н) стального керна собрана из пластин О-образной формы. Керн имеет вырезы (показаны пунктиром), в которые заходит внутренняя часть сердечника, имеющая крестообразную форму (К)

Расположение всех обмоток приведенного на рис. 4.7

ФРС не требует дополнительных пояснении. В данном случае обмотки ω_р и ω₂ совмещены.

Благодаря особому устройству стального сердечника магнитное рассеяние у этих ФРС невелико,.поэтому они мало влияют на соседние электрические приборы.

Кроме односердечниковых применяются ФРС, имеющие два отдельных магнитных сердечника.

J Достоинствами ФРС являются:

статичность;

высокая стабилизация напряжения;

практическая безынерционность действия.

Срок службы ФРС велик и равен сроку службы обычного трансформатора Недостатки ФРС состоят в том, что они искажают форму кривой переменного напряжения и ухудшают стабилизацию при изменении частоты переменного тока.

Промышленность выпускает ФРС мощностью до 0,9 кВА для получения стабилизированного напряжения 127 или 220 В. Средняя точность стабилизации при постоянной нагрузке ± 1 % в условиях изменения напряжения сети примерно на ±10%. Феррорезонансные стабилизаторы применяются в выпрямительных блоках, предназначенных для питания телефонных станций сельской связи, в блоках питания аппаратуры НУП магистральной связи по коаксиальному кабелю, уплотняемому аппаратурой К - 1920 и в других устройствах.

Эксплуатация ФРС и уход за ними не сложны, поскольку основным элементом их конструкции является стальной сердечник и катушки из медного провода. Однако, как и всякий электрический прибор, ФРС могут быть повреждены, если на их вход подавать напряжение более высокое, чем то, на которое они рассчитаны. В связи с этим перед первым включением ФРС надо проверить, соответствует ли величина подаваемого на их вход напряжения значению, указанному в паспортных данных. Надо правильно определить ту пару клемм, к которым должна быть подключена питающая сеть. Обычно ФРС рассчитаны на одно из двух напряжений: 127 и 220 В или 220 и 380 В. При всех условиях первое включение ФРС должно производиться при отключенной нагрузке.

Феррорезонансные стабилизаторы в режиме холостого хода имеют несколько более высокое напряжение, чем под нагрузкой. После проверки в режиме холостого хода ФРС отключают от сети и подключают нагрузку. Включение и отключение ФРС рекомендуется производить со стороны сети.

Единственными деталями ФРС, имеющими большой, хотя и ограниченный срок службы, являются конденсаторы, включенные в резонансную цепь. С течением времени емкость конденсаторов снижается, л утечка тока возрастает. На работе ФРС это сказывается в том, что несколько снижается выходное напряжение и ухудшается его стабильность. Если выходное напряжение у ФРС резко понизилось, а потребляемый из сети ток заметно вырос, то это указывает на неисправность в резонансной цепи: или пробился конденсатор, или произошел обрыв цепи присоединения конденсатора к резонансной обмотке. Во время эксплуатации ФРС должен быть расположен так, чтобы конденсаторы, смонтированные в нем, стояли клеммами вверх, а вентиляционные прорези, имеющиеся в кожухе, ничем не заслонялись.

В стабилизаторах СНЭ и С, имеющих стальные сердечники броневого типа, практически отсутствует рассеяние магнитного поля. V феррорезонансных стабилизаторов других типов, например, у СН и УСН и у ФРС со стальным сердечником стержневого типа, наблюдаются значительные поля рассеяния. Чтобы нормальная работа таких стабилизаторов не нарушилась, их не следует располагать вблизи электрических устройств или измерительных приборов.

Как и всякие трансформаторы, ФРС нельзя включать в цепь постоянного тока, так как омическое сопротивление их первичных обмоток очень мало и может возникнуть ток опасной величины. Во вторичных обмотках в этих условиях напряжение не появляется, поскольку постоянный ток не трансформируется.