Регулирование напряжения с помощью дросселей насыщения

Выпрямительные устройства ВУ, питающие стационарную аппаратуру, содержат устройства стабилизации напряжения или тока. Стабилизация выходного напря­жения или тока в них чаще всего осуществляется автоматической регулировкой переменного напряжения, подводимого ко входу.

Основным элементом выпрямительного устройства (рисунок 5.5) является силовой трансформатор ТС, понижающий сетевое напря­жение до необходимого значения. Это напряжение подается на основной выпрямитель ВО, преобразующий переменный ток в постоянный. На выходе выпрямителя ВО включается блок фильтров Ф, снижающий пульсации выпрямленного напряжения. Напряжение на выходе выпря­мительного устройства и на выходе Ф контролируется измерительной систе­мой ИС.

При отклонении напряжения от номи­нального сигнал рассогласовывания по цепи обратной связи ОС, воздействует на регу­лирующее устройство РУ. Регулирующее ус­тройство РУ изменяет сетевое напряжение, подводимое к первичной обмотке силового трансформатора так, что напряжение на основном выходе выпрямительного устрой­ства поддерживается практически постоян­ным.

Дроссель насыщения используют в выпрямительных устройствах в качестве регулирующего элемента. Он состоит из П-образного замкнутого стального сердечника, на котором размещаются две обмотки (рисунок 5.6, а). Одна из обмоток - рабочая w_P - включается в цепь переменного тока, а вторая - обмотка управления w_У - в цепь постоянного тока.

Индуктивное сопротивление рабочей обмотки . (5.5), где ω - угловая частота; w_P - число витков рабочей обмотки; Q_ст - площадь сечения стального сердечника, см²; l_ср-средняя длина силовой линии, см; μ - магнитная проницаемость; А -постоянная для данной конструкции дросселя в случае, если угловая частота ω также постоянна.

Из выражения (5.5) следует, что индуктивное сопротивление рабочей обмотки пропорционально магнитной проницаемости. Эффективная магнитная проницаемость у ферромагнитных материалов зависит от максимальной индукции в сердечнике μ = f (B max), т.е. от степени насыщения сердечника.

Если через обмотку управления пропустить постоянный ток, то в сердечнике создается дополнительное постоянное магнитное поле, которое увеличивает степень насыщения сердечника. При этом изменятся магнитная проницаемость сердечника и сопротивление рабочей части обмотки. С увеличением намагничивания сердечника магнитная проницаемость сначала возрастает, а затем уменьшается (рисунок 5.6, б и в). В качестве рабочего используется участок аб (насыщение сердечника), где μ уменьшается. Следовательно, изменяя намагничивание сердечника с помощью обмотки управления, можно регулировать сопротивление рабочей обмотки, и на ней будет изменяться падение напряжения. Обмотка управления служит своеобразным реостатом, регулирующим напряжение, подаваемое на первичную обмотку силового трансформатора.

Поскольку сопротивление дросселя в основном является реак­тивным, то потери активной мощности в нем будут незначитель­ными и к.п.д. дросселя как регулятора гораздо выше, чем обычного реостата. Положительным свойством дросселя насыщения является также возможность при помощи небольшого тока подмагничивания управлять большим током, протекающим через главную об­мотку переменного тока. Это достигается таким выбором магни­тодвижущей силы главной обмотки переменного тока чтобы на­чальное значение индукции (при действии только одного перемен­ного поля и нулевом токе подмагничивания) было выше точки насыщения сердечника дросселя (сердечник изготовляется из транс­форматорной стали).

Это означает, что даже слабый ток подмагничивания заставит резко уменьшаться μ и х_р. Следовательно, имеется возможность регулирования без затрат большой мощности в цепи подмагничи­вания.

Во всех случаях принимаются меры для того, чтобы переменная э.д.с. не возникала в обмотке управле­ния. Для этого дроссель насыщения выполняют из двух изолиро­ванных друг от друга сердечников (рисунок 5.6, г). Рабочие обмотки w_р, размещенные на разных сердечниках, создают в среднем сердечнике (составленном из двух) магнитные потоки разных направлений Ф₁ и Ф₂. Эти потоки создают равные по значению и противоположные по направлению э.д.с., которые компенсируют друг друга. В устройствах, где необходима регулировка большой мощности и не требуется быстродействие, рабочие обмотки дросселей включают параллельно. В цепях, где необходимо быстродействие, обмотки включают последовательно.

Обмотки управления (постоянного тока) объединены в одну обмотку, размещаемую на среднем сердечнике.

Рисунок 5.6 – Схемы дросселя насыщения (а) и кривые намагничивания и магнитной проницаемости (б, в)