10.7. Ферромагнитный стабилизатор напряжения

Особенности нелинейных цепей, содержащих катушки с ферромагнитным сердечником и конденсаторы, используют для устройства ферромагнитных стабилизаторов напряжения, служащих для поддержания постоянства напряжения на зажимах приемника при изменении напряжения питающей сети.

О сновная часть всех стабилизаторов состоит из двух последовательно соединенных сопротивлений – линейного и нелинейного. Простейший ферромагнитный стабилизатор напряжения содержит последовательно соединенные линейный конденсатор и катушку с ферромагнитным сердечником (рис.10.11).

1

Рис. 10.11 Рис. 10.12

Построим ВАХ конденсатора , катушки и всей цепи как разность двух характеристик (рис.10.12). Из этого рисунка видно, что при изменении тока в диапазоне от до происходят изменения напряжений на входе цепи от до и на выходе цепи (на приемнике) от до . Причем, значительное изменение входного напряжения

(10.25)

влечет за собой сравнительно малое изменение выходного напряжения

(10.26)

Показателем качества работы стабилизатора является его коэффициент стабилизации

(10.27)

определяемый из характеристики стабилизатора для номинального напряжения. Чем больше , тем выше качество стабилизатора.

10.8. Ферромагнитный усилитель мощности

П од усилителем мощности подразумевают устройство, позволяющее управлять большой мощностью в рабочей цепи, расходуя малую мощность в управляющей цепи. В ферромагнитном усилителе (магнитном усилителе – МУ) частота тока в управляющей цепи должна быть много меньше частоты тока в рабочей цепи; чаще всего управляющая цепь питается постоянным током.

Рис. 10.13

Принципиальная схема простейшего МУ показана на рис. 10.13. Рабочая цепь на рисунке показана слева: рабочая обмотка МУ с витками включена последовательно с сопротивлением нагрузки к цепи переменного тока с напряжением . Если пренебречь высшими гармониками в кривой рабочего тока и активным сопротивлением рабочей катушки, ток в рабочей цепи

, (10.28)

где – индуктивное сопротивление рабочей обмотки усилителя, которое зависит от постоянного тока подмагничивания управляющей цепи. Магнитная проницаемость ферромагнитного сердечника зависит от результирующей магнитной индукции (рис. 10.14) двух магнитных полей: переменного магнитного поля, созданного переменным током и постоянного магнитного поля, созданного током .

С увеличением тока в управляющей цепи магнитная индукция в сердечнике увеличивается, а магнитная проницаемость сердечника уменьшается; при этом уменьшаются индуктивность и индуктивное сопротивление рабочей обмотки , ток

Рис. 10.14 рабочей цепи при неизменных напряжении

и сопротивлении нагрузки возрастает,

увеличивается мощность, потребляемая нагрузкой Эта мощность может значительно превышать мощность, расходуемую в управляющей цепи

Отношение активной мощности нагрузки к мощности управляющей цепи называется коэффициентом усиления магнитного усилителя по мощности:

(10.29)

где – потери мощности в МУ при холостом ходе усилителя, т.е. при отсутствии тока в управляющей цепи ( ). Коэффициент усиления МУ может достигать значений порядка 10² – 10³ .

При воздействии на ферромагнитный магнитопровод переменной и постоянной МДС в кривой переменного тока появляются четные гармоники (кривая тока будет сильно искажена), а переменный магнитный поток, создаваемый рабочим током, будет индуктировать переменную ЭДС в управляющей цепи (в ней возникнут дополнительные потери мощности). Для устранения этих нежелательных явлений МУ выполняют на базе двух одинаковых сердечников (рис. 10.15) с общей обмоткой управления. В этом случае магнитные потоки обмотки управления

Рис. 10.15 Рис. 10.16

в одном сердечнике совпадают с переменным магнитным потоком рабочей обмотки , а в другом – направлены встречно.

Суммарный магнитный поток двух сердечников (рис. 10.16), который определяет форму кривой тока рабочей цепи, оказывается симметричным относительно оси абсцисс и поэтому не вызывает четных гармоник.

Переменные магнитные потоки наводят в обмотке управления переменные ЭДС, равные по величине и направленные противоположно, поэтому взаимно компенсируются, не вызывая переменного тока в управляющей цепи МУ.