Расчет схем стабилизации напряжений и токов, определение коэффициента стабилизации по линейной схеме замещения

Стабилизаторы напряжения представляют собой четырехполюсники, у которых значительное изменение напряжения на входе сопровождается незначительным изменением напряжения на выходе. Стабилизирующие свойства его характеризуются коэффициентом стабилизации : где U ₁ и U ₂ – напряжение на входе и на выходе стабилизатора соответственно; ΔU ₁ и ΔU ₂ – соответствующие изменения напряжения на входе и на выходе. Чем выше k_c, тем лучше стабилизатор. Идеальным является стабилизатор, у которого ΔU ₂=0, а k_c =∞. Стабилизация возможна только в нелинейной цепи. Основной частью любого стабилизатора является последовательное соединение линейного элемента и нелинейного. Особенности цепей, содержащих катушки со сталью, могут быть использованы для устройства ферромагнитных стабилизаторов напряжения. Простейший стабилизатор (рис.8.17) представляет собой последовательное соединение конденсатора (линейный элемент) и катушки со сталью (нелинейный элемент). Выходным напряжением стабилизатора является напряжение на катушке. Принцип работы стабилизатора хорошо виден из графиков рис.8.18,а. Предположим, что входное напряжение изменяется от до . Определив соответствующие значения и , видим, что значительное изменение U ₁ приводит к незначительному изменению U ₂. Определив для ряда

Рис.8.20

значений U ₁ соответствующие значения U ₂, можно построить график зависимости U ₂(U ₁) (рис.8.18,б). Из графиков, построенных для режима ХХ, видно, что стабилизация возможна только при U ₁> U _кр, где U _кр – критическое напряжение. Стабилизация будет тем лучшей, чем положе кривая U_L(I) в зоне насыщения. Рассмотренная схема обладает рядом существенных недостатков: а) работа схемы происходит при больших токах (после прямого скачка), что ведёт к увеличению габаритов стабилизатора, снижению его КПД и cos φ;; б) весьма велико по сравнению с выходным напряжение на конденсаторе и др. В связи с этим простейший стабилизатор редко применяется на практике. Значительно чаще используют другую схему (рис.8.19), в соответствии с которой выпускаются серийные ферромагнитные стабилизаторы.

В этой схеме роль линейного элемента выполняет индуктивность L ₁ (ненасыщенная катушка), а роль нелинейного элемента – параллельно соединенные конденсатор С и насыщенная катушка L ₂. Ещё используется в схеме обмотка компенсации, связанная взаимной индуктивностью с L ₁ и ВАХ которой путем подбора числа её витков должна быть паримерно параллельной характеристике

Cогласно схеме рис.8.19 U ₂= - U _к. Работа данной схемы понятна из кривых рис.8.20, построенных для режима ХХ.

У такого стабилизатора также имеется критическое напряжение U _кр. Стабилизаторы, собранные по такой схеме, дают U ₂, практически не зависящее от входного напряжения.

Недостатки ферромагнитных стабилизаторов:

Выходное напряжение зависит от частоты сети.

Выходное напряжение является несинусоидальным.

Коэффициент их стабилизации зависит от нагрузки и уменьшается при увеличении последней.