Способ настройки феррорезонансного стабилизатора напряжения Советский патент 1978 года по МПК G05F3/06 

1

Изобретение относится к стабилизаторам напряжения переменного тока и может испол зоваться при настройке феррорезонансных стабилизаторов, содержащих параллельный нелинейный колебательный контур.

Известен способ настройки феррорезонансных стабилизаторов, базирующихся на том предложении, что нормальная работа стабилизатора обеспечивается в том случае, когда реактивная мощность насыщающегося дросселя в рабочей точке равна реактивной мощности конденсатора. С этой целью емкость конденсатора выбирают, такой чтобы при рабочей частоте стабилизатора солротивл,ение конденсатора равно солротивлению насыщающегося дросселя в рабочей точке при нормальном входном напряжении. В этом случае обеспечивается феррорезонанс на основной гармонике в параллельном нелинейном колебательном контуре. Сопротивление линейного дросселя при этой частоте устанавливают равным 0,8-1,0 от,сопротивления конденсатора. Простейший стабилизатор рассматриваемого типа состоит из последовательного колебательного контурас резонансной частотой СО, включающего линейный дроссепь и выходной конденсатор, и параллельно нелинейного контура; включающего тот же конденсатор и всасывающийся дроссель, резонансная частота которогоС ц зависит от a nтлитyды индукции насыщающегося дросселя. Так как амплитуда индукции насыщающегося дросселя при изменеиик входного напряжения изменяется не по линейному закону, то его индуктивность, а следовательно и частота объявляются нелинейными функциями индукции. Наличие двух контуров, имеющих общий конденсатор, резонансные частоты которых в общем случае

могут не совпадать друг с другом, приво.дит к какой-то результирующей ; собственной частоте всего стабилизатора. Эта частота з.ависит от соотнощения параметров элементов стабилизатора, а также от амплитуды входного напряжения и нагрузки. Вследствие этого настройка параллельного контура на частоту входного напряжения приводит в общем случае к значительной расстройке по частоте всего стабилизатора. Такая расстройка обусловливает неустойчивый режим работы, т. е, в результате изменения нагрузки ипи входного напряжения возникают устойчивые автоколебания на частоте, более низкой чем рабочая, которые в большинстве случаев сопровождаются механическими вибрациями самого стабилизатора. Кроме того, настройка стабилизато ра по известному приводит к значительном недоиспользованию реактивной энергии, зап сенным в элементах стабилизатора. Целью изобретения является обеспечени устойчивости работы стабилизатора во все диапазоне изменения входного напряжения и нагрузки, а также получение максимальной нагрузоспособности, представляющей собой отношение мощности нагрузки к сум марной реактивной мощности элементов ст билизатора. Эта цель достигается путем настройки собственной частоты стабилизатора на час тоту входного напряжения при минимально заданном его значении. Настройку производят спёдующим образо Устанавливают минимально заданное входное напряжение и, изменяя нагрузку, получают минимально допустимое входное напря жение. Дальнейшую настройку производят путем измененния емкости конденсатора. Если при увеличиении e жoctй конденсатора выходное напряжение растет, то собственная частота стабилизатора превышает частоту входного напряжения. Для обеспечения равенства этих частот и требуемого минимального выходного напряжения необходимо с увеличением емкости, конденсатора увеличить и нагрузку до тех пор, пока изменение емкости конденсатора в любую сторону не будет приводить к уменьшению выхошюго напряжения ниже минимально допустимого. Если при увеличении емкости конденсатора входное напряжение будет падать, то в этом случае собственная частота стабилизатора ниже частоты входного напряжения. Поэтому для обеспечения равенства этих частот и требуемого минимального уровня выходного напряжения необходимо уменьшать емкость конденсатора и увеличить нагрузку до тех пор, пока так же, как и в первом случае изменение емкости конденсатора в любую сторону не будет приводить к уменьшению выходного напряжения ниже минимально допустимого, Настроенный стабилизатор имеет максимальн ю нагрузоспособность, т.е. при заданной точности стабилизации отйошение суммарной реактивной мощности стаб лизатора к мощности, потребляемой нагрузкой, достигнут минимума. Точность стабилизации при этом определяется соот ношением между индуктивностью пинёйногг дросселя и статической индуктивностью нелинейного дросселя при минимальном входном напряжении. Следовательно весогабаритные показатели стабилизатора в этом случае при заданной нагрузке имеют минимальное значение, В результате указанной настройки обеспечивается устойчивость работы стабипиза- тора по основной гармонике во всем диапазоне измененния входного нaпpяжeн ш и , а также снижение коэффициента нелинейных искажений. При настройке стабилизатора по известному способу наимень- ший коээффициент налинейных искажений, если не применять специальные меры, составляет не менее 15%. При настройке по предлагаемому .способу при совпадении частот коэффициент нелинейных искансений не превышает 8%. Кроме того,настройка по предлагаемому способу позволяет уменьшения сопротивления линейного дросселя и соответствующего увеличения емкости конденсатора при одном и том же нелинейном дросселе увеличить мощность более чем на 50% по сравнению со стабилизатором, настроенным по известному способу. При этом точность стабилизации в обоих случаях остает- ся одинаковой. Получаемые в процессе насстройки предложенным способом результаты можно объяснить следующим образом. Как известно, максимальную амплитуду колебаний любого устройства можно получить в том случае, когда частота внещнего возмущения равна собственной частоте устройства. Так как собственная .частота феррорезонансного стабилизатора зависит не только от его элемента, но и от величины входного напряжения и нагрузки, то совпадение го частоты с частотой входного напряжения можно обеспечить только в какой-то одной точке, в которой нагрузоспособность стабилизатора при заданной точности стабилизации достигает максимальной величины. От выбора этой точки зависит качество работы стабилизатора. Если при фиксированных частоте и амплитуде входного напряжения выполнить стабилизатор так, чтобы при номинальной на грузке его собственная частота совпадала с частотой входного напряжения, то соотношение параметров элементов стабилизатора будет оптимальным. Так как собственная частота стабилизатора в конечном счете является фиксацией амплитуды первой гармоники входного напряжения, то при изменении последней наступает расстройка по частоте, кото-г рая способствует уменьшению амплитуду выходного напряжения. При увеличении входного напряжения индуктивность нелинейного дросселя уменьшается, а собственная частота стабилизатора растет. Зто приводит к расстройке по частоту, что препятствует росту амплитуды выходного напряжения. Поэтому в рассматри ваемом случае дocт п:aeтcя максимально воз можная точность стабилизации выходного напряжения. При уменьшении входного наирял ения выходное напряжение уменьшается, индуктиввность нелинейного дросселя увеличивается, а собственная частота стабилизатора уменьшается. Зто также приводит к расстройке по час тоте. Еспи при увеличении входного напряже ния возникающая расстройка по частоте препятствует увеличению выходного напряжения то в данном случае ( уменьшение входного напряжения) расстройка по частоте способствует уменьшению выходного напряжения. При этом эффект стабилизации выходного напряже1шя практически отсутствует. При некотором соотношении параметров незначительное уменьшение напрялсения может привести кнеустойчивому режиму работы .стабилизатора. Исследования феррореаонансных стабилизаторов, что неустойчивые режимы работы возникают (в данном случае рассматривает ся нормальная работа стабилизаторов, т« е. сердечник нелинейного дросселя работает при :таких-индукциях, когда еще не возникают четные гармоники) в том случае, когда част:)та входного напряжения : превышает собственную частоту стабилизатора. Так как настройка по предлагаемому сйособу производится при минимальном вход-ном напряжении и максимальной нагрузке; то увеличение входного напряжения или умень- шение нагрузки приводит к увеличению выходного напряжения.уменьшению статической индуктивности нелинейного дросселя,и,следовательно.увеличению собственной частоты только в одной точке и любое изменение входного напряжения и нагрузку в заданных пределах влечет за собой увеличение собственной частоты стабилизатора, т, е. обеспечивается полная - устойчивость-его работы. Таким образом, обеспечения устойчивости работы стабилизатора во всем диапазоне изменения входного напряжения ; и -нагрузки и получения максимальной нагрузоспособности необходимо выполнить условия равнства собственной частоты, стабилизатора с частотой входного напряжения При минимально заданном его значении и номинальной нагрузке. Формула изобретения Способ настройки феррорезонансного стабилизатора напряжения, содержашего парап- лельный нелинейный колебательный контур, путем измененния параметров линейных реактивных элементов, отличаюшийся тем, что, с цепью обеспечения максимальной нагрузоспособности и устойчивости изJweHeHvm входного напряжения и нагрузки, результирующую частоту нагруженного стабилизатора настраивают на частоту входного напряжения при минимально заданном его значении,увеличивая при этом нагрузку до тех nopj пока отхлонения выходного напряжения в меньшую сторону от минимального значения не превысят заданной величины,.