鉄共振電圧安定器 - 動作原理

非線形チョークの端子で安定した電圧が得られるスタビライザーは、最も単純な強磁性スタビライザーです。その主な欠点は力率が低いことです。また、回路内の電流が大きい場合、ラインチョークのサイズは非常に大きくなります。

軽量化と小型化を図るために、強磁性電圧安定器は磁気システムを組み合わせて製造されており、力率を高めるために、電流共振回路に応じてコンデンサが組み込まれています。このような安定剤は鉄共鳴と呼ばれます。

鉄共振電圧安定器は従来の変圧器と構造的に類似しています (図 1、a)。入力電圧Uinが印加される一次巻線w1は断面積の大きい磁気回路の区間2に位置しており、磁気回路の一部は不飽和状態となっている。電圧 Uin は磁束 F2 を生成します。

米。 1. 鉄共振電圧安定化装置の回路図: a — メイン; b — 置換

二次巻線ｗ２は、その端子に出力電圧Ｕｏｕｔが誘導され、負荷が接続されており、磁気回路のセクション３に位置し、セクション３はより小さく、飽和状態にある。したがって、電圧 Uin と磁束 F2 が変動しても、区間 3 の磁束 F3 の値はほとんど変化せず、ee も変化しません。等v. 二次巻線と Uout。磁束 F2 が増加すると、セクション 3 を通過できない磁束の部分が磁気分路 1 (F1) を介して閉じられます。

正弦波電圧Ｕｉｎにおける磁束Ｆ２は正弦波である。磁束 F2 の瞬時値が振幅に近づくと、セクション 3 は飽和モードになり、磁束 F3 の増加が止まり、磁束 F1 が現れます。したがって、磁気分路１を通る磁束は、磁束Ｆ２が振幅値に近い瞬間にのみ閉じる。これにより、磁束 F3 が非正弦波になり、電圧 Uout も非正弦波になり、その中に 3 次高調波成分が明確に表現されます。

等価回路（図1 b）では、並列接続された非線形素子（2次巻線）のインダクタンスL2とキャパシタンスCにより図1の特性を持つ鉄共振回路が形成されます。 2. 等価回路からわかるように、分岐内の電流は電圧 Uin に比例します。曲線 3 (分岐 L2) と曲線 1 (分岐 C) は、インダクタンスとキャパシタンスの電流が逆位相であるため、異なる象限に位置します。共振回路の特性 2 は、同じ電圧値 Uout で L2 と C の電流を代数的に合計することによって構築されます。

共振回路の特性からも分かるように、コンデンサを使用することにより、励磁電流が低い状態、すなわち1.5Vで安定した電圧が得られます。低電圧Uinでは。

さらに、コンデンサを使用することで、レギュレータは高い力率で動作します。安定化係数については、曲線 2 の水平部分の横軸に対する傾斜角度に依存します。このセクションには大きな傾斜角があるため、追加のデバイスなしでは大きな安定化係数を得るのは不可能です。

米。 2. 鉄共振電圧安定器の非線形素子の特性

このような追加のデバイスは補償コイル wk (図 3) であり、磁気回路の不飽和セクション 1 上に一次コイルと一緒に配置されています。 Uin と F が増加すると、emf が増加します。等v. 補償コイル。それは二次巻線と直列に接続されていますが、e。等c. 補償コイルの位相は逆でした。等v. 二次巻線。 Uin が増加すると、排出量はわずかに増加します。等v. 二次巻線。電圧 Uout は e の差によって決まります。等c. 二次巻線と補償巻線は e の増加により一定に保たれます。等v. 補償コイル。

米。 3. 補償コイルを備えた鉄共振電圧安定器のスキーム

巻線 w3 は、コンデンサの両端の電圧を増加させるように設計されており、これにより、電流の容量成分、安定化率、および力率が増加します。

鉄共振電圧安定器の欠点は、出力電圧が非正弦波であることとその周波数依存性です。

業界では、出力 100 W ～ 8 kW、安定化係数 20 ～ 30 の鉄共振電圧安定器を製造しています。さらに、磁気分路を持たない鉄共振安定器も製造されています。これらの中の磁束Ｆ３は空気と遮断されており、すなわち漏れ磁束である。これにより、スタビライザーの重量を減らすことができますが、安定化係数 kc が 5 に等しい場合、作動領域が公称値 Uin の 10% に狭まります。