Феррорезонансный стабилизатор напряжения принцип работы

Феррорезонансный стабилизатор напряжения принцип работы

С таким оборудованием, как стабилизатор напряжения сталкивался в своей жизни практически каждый человек. Данный прибор используется в том случае, когда необходимо выравнять величину напряжения питания до стандартного значения.

Существует несколько разновидностей подобного стабилизирующего оборудования. В настоящее время востребованы корректирующие стабилизаторы следующих видов:

В сегодняшней публикации мы более подробно остановимся на стабилизаторах феррорезонансного типа.

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения

Свою популярность данные приборы получили в эпоху СССР. В то время они были востребованы для подключения телевизоров. Сейчас в продаже имеются более совершенные модели, которые не теряют своей актуальности.

Ознакомиться с ассортиментом и купить подходящий стабилизатор напряжения вы можете на сайте компании "Новые энергетические технологии" – newet.ru.

Как старые, так и новые модели в первую очередь могут похвастаться своей высокой точностью – их погрешность не превышает 3%. А срок бесперебойной службы может превышать несколько десятилетий.

В связи с этим, данные стабилизаторы напряжения находят свое применение, как в промышленной сфере, так и в быту.

Сферы использования феррорезонансных стабилизаторов:

1. Для запитки аппаратуры прецизионного типа, для которой недопустимы перерывы в поступлении электропитания и губительны скачки напряжения (техника связи, медицинское оборудование и тп.).

2. В случае, когда имеет место плохая сеть с помехами, к примеру, аппаратура электротранспорта. Только с помощью этого стабилизатора можно качественно отфильтровать сетевые искажения связанные с работой электросварочного оборудования.

3. В тех местах, где в сети возникают частые короткие замыкания.

Принцип работы

Основу феррорезонансного стабилизатора составляет пара дросселей, на один из них приходит напряжение, а с помощью другого происходит формирование эталонного значения.

Также значимой составляющей являются конденсаторы, которые тоже принимают участие в преобразовании напряжения. Следует учитывать тот факт, что на устройство не должны попадать прямые солнечные лучи, иначе срок его службы значительно сократиться.

Система охлаждения установленная в стабилизаторе пассивная и представлена небольшими радиаторами и корпусов. Но этого вполне достаточно, чтобы прибор не перегревался во время работы.

Интервал стабилизации может быть самым различным, чем он выше, тем дороже будет стоимость стабилизатора. Но стоит учитывать тот факт, что чем меньше нагрузка, тем больше становится интервал стабилизации. В паспорте он указан для пиковой нагрузки.

Существуют модели одно-, двух- и трехфазные, с гальванической развязкой или без таковой. Стабилизаторы могут функционировать при различном входном и выходном напряжении, с частотой 50, 60 или 400 Гц.

Мощность может варьироваться в диапазоне от нескольких ватт, до нескольких десятков киловатт. Могут быть выполнены в виде напольного, настенного или настольного агрегата.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

1. Является стабилизатором мгновенно действия. Другие типы стабилизаторов сначала измеряют напряжение, затем усредняют его и только потом корректируют тем или иным способом. В результате чего возникают подвисания. Другое дело феррорезонансный контур. Он настроен на требуемое напряжение и выдает его в сеть мгновенно. Потребитель не чувствует колебания происходящие во входной сети.

2. Может сглаживать кратковременные всплески и провалы напряжения. Это возможно благодаря тому, что резонансном контуре накапливается энергия. За счет этого данное оборудование можно отнести к почти идеальному фильтру.

3. Ему не страшны перегрузки. Он не выйдет из строя даже в том случае, если в сети возникнет кратковременное замыкание, так как входные дроссели ограничивают ток.

4. Надежность. Обеспечивается отсутствием электроники. Феррорезонансный стабилизатор способен выдержать даже двойное напряжение. Он будет продолжать работать до тех пор, пока у него не сгорит предохранитель. За счет этого он гарантированно проработает не один десяток лет.

5. Большой диапазон рабочей среды. Он прекрасно функционирует в значительном температурном диапазоне, в среде с высокой влажностью и низким атмосферным давлением, во взрывоопасных условиях.

Читайте также:  Рым болт или ремболт как правильно

6. Точность стабилизационных параметров. В наиболее точных приборах этот параметр составляет 1-2% и при этом он никогда не превышает значения в 3%. На заказ вам могут изготовить оборудование с любой точность (даже с погрешностью всего в доли %).

Недостатки:

1. Высокая стоимость, которая обусловлена трудоемкостью и материалоемкостью.

2. Имеет достаточно большой вес.

3. Издает характерное гудение.

4. Может в некоторой степени искажать синусоиду, но не больше, чем на 8%.

Несмотря на имеющиеся недостатки, феррорезонансные стабилизаторы напряжения не теряют своей актуальности и спрос на них с каждым годом только растет.

Если сравнивать цену и качество (особенно, его долгий срок эксплуатации), то его по праву можно отнести к лидерам в своем сегменте.

Стабилизатор, у которого на зажимах нелинейного дросселя получают стабилизированное напряжение, является простейшим ферромагнитным стабилизатором. Его основной недостаток — низкий коэффициент мощности. Кроме того, при больших токах в цепи габариты линейного дросселя очень большие.

Для уменьшения веса и габаритов ферромагнитные стабилизаторы напряжения изготовляют с объединенной магнитной системой, а для повышения коэффициента мощности включают конденсатор по схеме резонанса токов. Такой стабилизатор называется феррорезонансным .

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения конструктивно похожи на обычные трансформаторы (рис. 1, а). Первичная обмотка w1 на которую подается входное напряжение Uвх, располагается на участке 2 магнитопровода, имеющем большое поперечное сечение для того, чтобы эта часть магнитопровода находилась в ненасыщенном состоянии. Напряжение Uвх создает магнитный поток Ф2.

Рис. 1. Схемы феррорезонансного стабилизатора напряжения: а — принципиальная; б — замещения

Вторичная обмотка w2, на зажимах которой индуцируется выходное напряжение Uвых и к которой присоединяется нагрузка, расположена на участке 3 магнитопровода, имеющем меньшее сечение и находящемся в насыщенном состоянии. Поэтому при отклонениях напряжения Uвх и магнитного потока Ф2 значение магнитного потока Ф3 на участке 3 почти не изменяется, не изменяется э. д. с. вторичной обмотки и Uвых. При увеличении потока Ф2 та его часть, которая не может проходить по участку 3, замыкается через магнитный шунт 1 (Ф1).

Магнитный поток Ф2 при синусоидальном напряжении Uвх синусоидален. Когда мгновенное значение потока Ф2 приближается к амплитудному, участок 3 переходит в режим насыщения, поток Ф3 перестает увеличиваться и появляется поток Ф1. Таким образом, поток через магнитный шунт 1 замыкается только в те моменты времени, когда поток Ф2 по значению близок к амплитудному. Это делает поток Ф3 несинусоидальным, напряжение Uвых становится также несинусоидальным, в нем ярко выражена третья гармоническая составляющая.

В схеме замещения (рис. 1, б) параллельно включенные индуктивность L2 нелинейного элемента (вторичной обмотки) и емкость С образуют феррорезонансный контур, имеющий характеристики, представленные на рис 2. Как видно из схемы замещения, токи в ветвях пропорциональны напряжению Uвх. Кривые 3 (ветвь L2) и 1 (ветвь С) расположены в разных квадрантах, так как токи в индуктивности и емкости противоположны по фазе. Характеристику 2 резонансного контура строят, алгебраически суммируя токи в L2 и С при одних и тех же значениях напряжения Uвых.

Как видно из характеристики резонансного контура, применение конденсатора дает возможность получать стабильное напряжение при малых токах намагничивания, т. е. при меньших напряжениях Uвх.

Кроме того, при наличии конденсатора стабилизатор работает с высоким коэффициентом мощности. Что касается коэффициента стабилизации, то он зависит от угла наклона горизонтальной части кривой 2 к оси абсцисс. Так как этот участок имеет значительный угол наклона, то получить большой коэффициент стабилизации без дополнительных устройств невозможно.

Рис. 2. Характеристики нелинейного элемента феррорезонансного стабилизатора напряжения

Читайте также:  Второй счетчик электроэнергии в частном доме

Таким дополнительным устройством является компенсирующая обмотка wк (рис. 3), располагаемая вместе с первичной обмоткой на ненасыщенном участке 1 магнитопровода. С увеличением Uвх и Ф увеличивается э. д. с. компенсирующей обмотки. Ее включают последовательно с вторичной обмоткой, но так, чтобы э. д. с. компенсирующей обмотки была противоположна по фазе э. д. с. вторичной обмотки. Если Uвх увеличивается, то незначительно увеличивается э. д. с. вторичной обмотки. Напряжение Uвых, которое определяется разностью э. д. с. вторичной и компенсирующей обмоток, поддерживается постоянным за счет возрастания э. д. с. компенсирующей обмотки.

Рис. 3. Схема феррорезонансного стабилизатора напряжения с компенсационной обмоткой

Обмотка w3 предназначена для повышения напряжения на конденсаторе, что увеличивает емкостную составляющую тока, коэффициент стабилизации и коэффициент мощности.

Недостатками феррорезонансных стабилизаторов напряжения являются несинусоидальность выходного напряжения и зависимость его от частоты.

Промышленность выпускает феррорезонансные стабилизаторы напряжения мощностью от 100 Вт до 8 кВт, с коэффициентом стабилизации 20—30. Кроме того, выпускают феррорезонансные стабилизаторы без магнитного шунта. Магнитный поток Ф3 в них замыкается по воздуху, т. е. является потоком рассеяния. Это позволяет уменьшить вес стабилизатора, однако сужает рабочую область до 10% от номинального значения Uвх при коэффициенте стабилизации kc, равном пяти.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения уже давно активно применяется не только в быту, но и в промышленности. Устройства этого класса позволяют выровнять напряжение переменного типа. В основе принципа функционирования заключается эффект электромагнитного резонанса в колебательном контуре. Такие нормализаторы обладают массой достоинств, но также имеют и свои недостатки.

Феррорезонансные явления в электрических сетях

Основные факторы, которые порождают феррорезонансные явления в электрических сетях – это элементы ёмкостного и индуктивного типа. Они способны формировать колебательные контуры в периоды переключения. Этот эффект особо заметен в трансформаторах силового типа, линейного вольтодобавочного, шунтирующих контурах и в аналогичных устройствах, которые оборудуются массивной обмоткой.

Данное явление бывает 2 типов: резонанс токов и напряжения.

Феррорезонанс напряжений возможен, когда в сети имеется индуктивность, характеризующаяся нелинейным вольт-амперным свойством. Данная характеристика свойственна катушкам индуктивности, где сердечники производятся из ферромагнитных компонентов. Особенно это касается выпрямителей линейки НКФ. Такое негативное явление обуславливается небольшим показателем сопротивлений омического и индуктивного типов по отношению к силовым трансформаторам.

Феррорезонанс в трансформаторе напряжения

Когда трансформатор напряжения подключается к сети, в ней формируются последовательно совмещённые LC-цепи, являющие собой контур резонансного типа. При последовательном подключении индуктивного элемента с нелинейным вольт-амперным свойством к элементу ёмкостного типа напряжение в этой зоне цепи характеризуется как активно-индуктивное.

По окончании определённого временного периода значение напряжения на индуктивном элементе становится пиковым, магнитопровод питается, а напряжение на компоненте ёмкостного типа продолжает расти. Феррорезонанс в трансформаторе напряжения наступает, когда напряжение индуктивности и ёмкостного элемента становится равнозначным.

Быстрый переход приложенного напряжения из активно-индуктивного типа в активно-ёмкостной именуется как “опрокидывание фазы”. Такой эффект опасен для электроприборов.

Феррорезонансные стабилизаторы

Феррорезонансные выпрямители не оборудуются встроенным вольтметром, вследствие чего сложно замерять выходной показатель напряжения сети. Отрегулировать величину напряжения собственноручно не получится. Стабилизаторы феррорезонансного типа частично искажают реальные показания, величина погрешности составляет до 12%.

Тем, кто долго пользуется такими устройствами, необходимо помнить, что они способны излучать магнитное поле, которое может нарушить правильное функционирование бытовой электротехники. Стабилизаторы такого класса настраиваются в заводских условиях, никаких дополнительных настроек в быту они не требуют.

Влияние стабилизатора на технику

Феррорезонансный стабилизатор напряжения, принцип работы которого непрост, воздействует на бытовую технику следующим образом:

  • Радиоприёмник – чувствительность приёма сигнала может быть уменьшена, показатель выходной мощности существенно снижается.
  • Музыкальный центр – выходная мощность такой техники может существенно снизиться, стирание и запись новых дисков значительно ухудшаются.
  • Телевизор – при подсоединении к стабилизатору можно наблюдать значительное снижение качества картинки на ТВ, отдельные цвета передаются неправильно.
Читайте также:  Кровать с панцирной сеткой фото

Электрическая схема современных нормализаторов феррорезонансного типа улучшена, что позволяет им выдерживать большие нагрузки. Такие устройства могут гарантировать точную регулировку сетевого напряжения. Процедура корректировки выполняется трансформатором.

Режимы эксплуатации

Эксплуатационные режимы стабилизаторов зависят от ряда факторов. Прямое влияние имеет показатель мощности и класс устройства. Мощностные характеристики прибора могут быть разными, выбирать их надо с учётом типа подсоединяемой электротехники.

Режимы функционирования выпрямителя зависят от таких типов нагрузки:

Активная нагрузка в чистой форме наблюдается крайне редко. Она необходима только в тех цепях, где переменное значение устройства не имеет ограничений. Нагрузки ёмкостного типа могут применяться только для тех выпрямителей, которые обладают невысокой мощностью.

Принцип действия феррорезонансных стабилизаторов

Обмотка первичного типа, на которую поступает входное напряжение, находится на магнитопроводе. Он обладает большим поперечным сечением, что позволяет держать сердечник в ненасыщенном состоянии. На входе напряжение формирует магнитные потоки.

На зажимах обмотки вторичного типа формируется выходное напряжение. К этой обмотке подсоединяется нагрузка, которая находится на сердечнике, обладает небольшим сечением и пребывает в насыщенном состоянии. При аномалиях сетевого напряжения и магнитного потока его значение фактически не модифицируется, а также неизменным остаётся показатель ЭДС. Во время увеличения магнитного потока некоторая его доля будет замкнута на магнитном шунте.

Магнитный поток принимает синусоидальную форму и при его подходе к амплитудному показателю отдельный его участок переходит в режим насыщения. Повышение магнитного потока при этом прекращается. Замыкание потока по магнитному шунту будет осуществляться лишь тогда, когда показатель магнитного потока сравнится с амплитудным.

Наличие конденсатора позволяет феррорезонансному стабилизатору работать с увеличенным мощностным коэффициентом. Показатель стабилизации зависит от уровня наклона кривой горизонтального типа по отношению к абсциссе. Наклон данного участка значительный, поэтому обрести высокий уровень стабилизации без вспомогательного оборудования невозможно.

Достоинства и недостатки

Среди ключевых плюсов феррорезонансных выпрямителей можно отметить:

  • стойкость к перегрузкам;
  • обширный интервал эксплуатационных значений;
  • быстрота регулировки;
  • ток обретает форму синуса;
  • высокая точность выравнивания.

Но при всех этих преимуществах имеются у приборов данного класса и свои минусы:

  • Качество функционирования зависит от показателя нагрузки.
  • При работе формируются внешние электромагнитные помехи.
  • Нестабильное функционирование при небольших нагрузках.
  • Высокие показатели массы и размеров.
  • Возникновение шума при работе.

Большинство современных моделей лишены таких недостатков, но они выделяются немалой стоимостью, порой выше, нежели цена ИБП. Также устройства не оборудуются вольтметром, что лишает возможности их регулировки.

Советы по выбору

Конструкция выпрямителей постоянно модернизируется, повышается качество их схем, что позволяет переносить значительные феррорезонансные перенапряжения. Современные модели выделяются высоким уровнем быстродействия, точностью настройки и длительным эксплуатационным сроком. Режимы устанавливаются мощностными характеристиками прибора и его типом.

Основное условие выбора феррорезонансного стабилизатора – место его подсоединения. Обычно его устанавливают на входе электросети в помещение либо вблизи бытовой техники. Если выпрямитель устанавливается для всей техники, необходимо выбирать устройства с высоким уровнем мощности и подключать их сразу же за распределительным щитком.

Феррорезонансный стабилизатор напряжения своими руками

Феррорезонансная схема является наиболее простой для собственноручного изготовления. В основе её функционирования лежит эффект магнитного резонанса.

Конструкцию довольно мощного выпрямителя феррорезонансного типа можно собрать из трёх элементов:

  • первичного дросселя;
  • вторичного дросселя;
  • конденсатора.

При этом простота такого варианта сопровождается целым набором неудобств. Мощный нормализатор, изготовленный по феррорезонансной схеме, выходит массивным, громоздким и тяжёлым.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector