Stabilisateurs de tension à résonance ferreuse - principe de fonctionnement

Le stabilisateur, dans lequel une tension stabilisée est obtenue aux bornes de la self non linéaire, est le stabilisateur ferromagnétique le plus simple. Son principal inconvénient est le faible facteur de puissance. De plus, à des courants élevés dans le circuit, les tailles d'inductance de ligne sont très grandes.

Pour réduire le poids et la taille, les stabilisateurs de tension ferromagnétiques sont fabriqués avec un système magnétique combiné, et pour augmenter le facteur de puissance, un condensateur est inclus en fonction du circuit résonant actuel. Un tel stabilisant est appelé ferrorésonant.

Stabilisateurs de tension ferrorésonnants structurellement similaires aux transformateurs conventionnels (Fig. 1, a). L'enroulement primaire w1, auquel la tension d'entrée Uin est appliquée, est situé sur la section 2 du circuit magnétique, qui a une section importante, de sorte qu'une partie du circuit magnétique est dans un état non saturé. Une tension Uin crée un flux magnétique F2.

Riz. 1. Schémas d'un stabilisateur de tension ferrorésonnant: a - principal; b — substitutions

L'enroulement secondaire w2, aux bornes duquel la tension de sortie Uout est induite et auquel la charge est connectée, est situé dans la section 3 du circuit magnétique, qui a une section plus petite et est dans un état saturé. Par conséquent, avec des déviations de la tension Uin et du flux magnétique F2, la valeur du flux magnétique F3 dans la section 3 ne change presque pas, ee ne change pas. etc. v. enroulement secondaire et Uout. Lorsque le flux F2 augmente, la partie de celui-ci qui ne peut pas traverser la section 3 est fermée à travers le shunt magnétique 1 (F1).

Le flux magnétique F2 à une tension sinusoïdale Uin est sinusoïdal. Lorsque la valeur instantanée du flux F2 se rapproche de l'amplitude, la section 3 passe en mode saturation, le flux F3 cesse d'augmenter et le flux F1 apparaît. Ainsi, le flux à travers le shunt magnétique 1 ne se ferme qu'aux instants où le flux F2 est proche de la valeur d'amplitude. Cela rend le flux F3 non sinusoïdal, la tension Uout devient également non sinusoïdale, la troisième composante harmonique y est clairement exprimée.

Dans le circuit équivalent (Fig.1, b), l'inductance L2 connectée en parallèle de l'élément non linéaire (enroulement secondaire) et la capacité C forment un circuit ferrorésonnant avec les caractéristiques illustrées à la Fig. 2. Comme on peut le voir sur le circuit équivalent, les courants dans les branches sont proportionnels à la tension Uin. Les courbes 3 (branche L2) et 1 (branche C) sont situées dans des quadrants différents car les courants dans l'inductance et la capacité sont en opposition de phase. La caractéristique 2 du circuit résonnant est construite en sommant algébriquement les courants dans L2 et C aux mêmes valeurs de tension Uout.

Comme le montrent les caractéristiques du circuit résonant, l'utilisation d'un condensateur permet d'obtenir une tension stable aux faibles courants magnétisants, c'est-à-dire à tension inférieure Uin.

De plus, avec un condensateur, le régulateur fonctionne avec un facteur de puissance élevé. Quant au facteur de stabilisation, il dépend de l'angle d'inclinaison de la partie horizontale de la courbe 2 par rapport à l'axe des abscisses. Cette section ayant un angle d'inclinaison important, il est impossible d'obtenir un facteur de stabilisation important sans dispositifs supplémentaires.

Riz. 2. Caractéristiques d'un élément non linéaire d'un stabilisateur de tension ferrorésonant

Un tel dispositif supplémentaire est la bobine de compensation wk (fig.3), située avec la bobine primaire sur la section non saturée 1 du circuit magnétique. Lorsque Uin et F augmentent, la fem augmente. etc. v. bobine de compensation. Il est connecté en série avec l'enroulement secondaire, mais donc e. etc. c la bobine de compensation était opposée en phase e. etc. v. enroulement secondaire. Si Uin augmente, alors l'émission augmente légèrement. etc. v. enroulement secondaire. Tension Uout qui est déterminée par la différence de e. etc. c) les enroulements secondaire et de compensation sont maintenus constants en raison de l'augmentation de e. etc. v. bobine de compensation.

Riz. 3. Schéma d'un stabilisateur de tension ferrorésonant avec une bobine de compensation

L'enroulement w3 est conçu pour augmenter la tension aux bornes du condensateur, ce qui augmente la composante capacitive du courant, le facteur de stabilisation et le facteur de puissance.

Les inconvénients des stabilisateurs de tension ferrorésonnants sont la tension de sortie non sinusoïdale et sa dépendance en fréquence.

L'industrie produit des stabilisateurs de tension ferrorésonnants d'une puissance de 100 W à 8 kW, avec un facteur de stabilisation de 20-30. De plus, des stabilisateurs ferrorésonnants sans shunt magnétique sont produits. Le flux magnétique F3 en eux est fermé à l'air, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un flux de fuite. Cela permet de réduire le poids du stabilisateur, mais réduit la zone de travail à 10% de la valeur nominale Uin à un facteur de stabilisation kc égal à cinq.