3.2. Феррорезонансный стабилизатор напряжения

В качестве линейного элемента  нецелесообразно использовать активное сопротивление , так как это привело бы к потерям в нем активной мощности и снижению КПД стабилизатора. Поэтому в качестве  обычно используют линейную индуктивность  (рис. 3.3, а), выполненную в виде ненасыщенного дросселя благодаря зазору в магнитопроводе. По  будет протекать намагничивающий реактивный ток сильно насыщенного нелинейного дросселя . Для обеспечения необходимой точности стабилизации  должна тоже обладать значительной индуктивностью, и на ней также будет теряться значительная реактивная мощность, т.е. весь стабилизатор будет представлять по отношению к источнику питания индуктивную нагрузку с низким коэффициентом мощности. Для компенсации влияния индуктивной реактивности в стабилизатор всегда вводится линейная емкость  такого значения, чтобы контур  был близок к резонансу токов на частоте источника питания. При этом реактивная составляющая тока  в цепи резонансного контура  станет меньше, на такую же величину уменьшится реактивная составляющая входного тока , что приведет к повышению не только коэффициента мощности, но и КПД, вследствие уменьшения потерь на активном сопротивлении обмотки линейного дросселя . Кроме того, вследствие наличия резонансного контура, при меньшем напряжении на входе происходит насыщение дросселя , т.е. наступает режим стабилизации.

Вольт-амперные характеристики такого стабилизатора в режиме холостого хода показаны на рис. 3.3, б.

Рис. 3.3 Феррорезонансный стабилизатор

Если пренебречь активной составляющей сопротивления нелинейного дросселя и емкости , то их токи  и  будут чисто реактивными и лежащими в противофазе. Тогда кривую напряжения  на выходе стабилизатора можно графически построить в комплексной плоскости суммированием, с учетом знака абсцисс вольт-амперных характеристик  нелинейного дросселя и  емкости:

.

Вольт-амперная характеристика  на входе стабилизатора получена графическим суммированием и на нагрузке и на линейном дросселе :

.

Если не учитывать фазу тока конденсатора, то вольт-амперную характеристику  можно представить лежащей в одном квадранте.



Тогда реальная вольт-амперная характеристика стабилизатора, с учетом активного сопротивления элементов цепи, будет иметь вид, показанный на рис. 3.3, б штриховой линией.

Основные параметры стабилизатора.

Наиболее характерными для стабилизатора напряжения являются следующие параметры:

Диапазон стабилизации по входному напряжению (рис. 3.3, в).

Это интервал значений напряжений источника питания, в пределах которого гарантируется нормальная работа стабилизатора и сохранение заданной точности стабилизации. Задается наибольшим  и наименьшим значениями входного напряжения либо допустимыми отклонениями ( и ) входного напряжения от номинального значения, выраженными в процентах.

Точность стабилизации.

Оценивается обычно по выраженному в процентах отклонению  стабилизированного напряжения на нагрузке от номинального значения при изменении входного напряжения в пределах всего диапазона стабилизации:

.

В реальных стабилизаторах лежит в пределах (0,2-2) %.

Коэффициент стабилизации.

Выражается отношением:

.

При  получим дифференциальный коэффициент стабилизации для любой точки характеристики вход-выход,  (см. рис. 3.3, в).

Коэффициент стабилизации показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на нагрузке меньше относительного изменения напряжения на входе стабилизатора.

Часто нелинейный дроссель выполняют по схеме повышающего автотрансформатора, чтобы получить , даже если напряжение сети меньше номинального.  контур настраивают на резонансную частоту, близкую к частоте сети:

.

Ферромагнитные стабилизаторы имеют малую инерционность (переходной процесс второго-третьего периода), высокую надежность, длительный срок службы. Но не лишены и недостатков. Не могут работать при меняющейся частоте, имеют несинусоидальное выходное напряжение, критичны к величине нагрузки.