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    穩壓器工作原理

    發(fā)布日期:2015-01-17

     交流穩壓器原理通常是利用鐵磁非線(xiàn)性特性構成,屬于鐵磁穩壓器,它是由鐵磁飽和元件再加諧振電容構成的穩壓器。 

    一、鐵磁飽和現象

        一個(gè)線(xiàn)圈通過(guò)電流時(shí),線(xiàn)圈中便有磁場(chǎng)產(chǎn)生,描述這個(gè)磁場(chǎng)有兩個(gè)物理量,一個(gè)是磁場(chǎng)強度,用H來(lái)表示,它與線(xiàn)圈的圈數和流過(guò)線(xiàn)圈的電流強度的乘積(又稱(chēng)安匝數)有關(guān);另一個(gè)是磁感應強度(又稱(chēng)磁通密度),用B來(lái)表示,B的大少除與安匝數有關(guān)外,還與線(xiàn)圈中的介質(zhì)有關(guān)。如果介質(zhì)是空氣,那么H和B數值相等,如果介質(zhì)是鐵磁材料時(shí),同一線(xiàn)圈流過(guò)同樣的電流(H相同)的條件下,在有鐵磁材料的導磁率用U來(lái)表示。

        在鐵磁材料中,U不是固定的常數,B和H之間不是線(xiàn)性關(guān)系,如圖1所示,在圖中可見(jiàn),曲線(xiàn)的A點(diǎn)附近曲線(xiàn)開(kāi)始彎曲,再往上,B值的變化越來(lái)越平緩,H變化而B(niǎo)值變化很少的現象我們就稱(chēng)為磁飽和現象。

     在討論穩壓電源時(shí),我們關(guān)心的是電壓電流的變化,在磁飽和鐵芯線(xiàn)圈討論中,我們可以認為線(xiàn)圈中H與流過(guò)線(xiàn)圈的電流I成正比;線(xiàn)圈中的B與線(xiàn)圈的感生電壓即線(xiàn)圈兩端的電壓V成正比。圖2是一個(gè)鐵磁介質(zhì)線(xiàn)圈的伏安特性圖,從圖中可見(jiàn),曲線(xiàn)有一段電壓變化很少,動(dòng)態(tài)電阻?V/?I比V/I少(這是穩壓管的概念,磁飽和線(xiàn)圈不常用“動(dòng)態(tài)電阻”的提法)。這就是飽和區段。

        圖3是一個(gè)簡(jiǎn)單的磁飽和穩壓電路,L1是非飽和電感,L2是飽和電感。如果輸入電壓Vi發(fā)生變化,那么L1和L2的電流都將變化,但由于L2在飽和狀態(tài),所以L(fǎng)2上的電流變化時(shí)其兩端的電壓變化很少,大部分電壓變化都落在L1上,從而保持了L2上電壓,即輸出電壓V0的相對穩定。當負載發(fā)生變化時(shí),其結果也一樣,這種簡(jiǎn)單型的磁飽和穩壓器存在兩個(gè)問(wèn)題:一是穩壓性能差,主要原因是B-H曲線(xiàn)的飽和部分不夠徒。二是功耗大,因為要使L2進(jìn)入飽和狀態(tài)所消耗的功耗過(guò)大。

     圖4是一個(gè)實(shí)用型的磁飽和交流穩壓器,鐵芯面積較大的一邊是非飽和區,鐵芯面積較少的一邊是飽和區,L3稱(chēng)為電壓補償繞組,從上面我們知道,簡(jiǎn)單型的交流穩壓器的缺點(diǎn)是輸入電壓變化會(huì )引起輸出電壓較大的變化,為此,改進(jìn)方法是將非飽和區的一部分電壓與輸出電壓V0反向串接,將變化部分相抵消。L3和L1繞在同一不飽和鐵芯上,成為線(xiàn)性變壓器,L3與L2串聯(lián),但電壓方向相反,從而補償了輸出電壓V0的變化,使V0更穩定。

        要使鐵芯進(jìn)入飽和狀態(tài),L1將要流入較大的磁勵電流,由于L1是一個(gè)感性負載,所以消耗在負載上的功率不是I和電網(wǎng)電壓V的乘積VI,而是UICOSa(COSa稱(chēng)為功率因數),因此流過(guò)L1的總電流將比較大,即功耗過(guò)大,穩壓器的效率只有50%左右,為此我們可通過(guò)并聯(lián)鐵磁諧振的方法加以克服。

        我們知道電感上電流比電壓相位滯后90度,電容上電流比電壓相位超前90度,如果電感和電容并聯(lián),加上同一電壓,電感上的電流IL和電容上的電流IC將相互抵消,因此,當IL和IC的大少接近相等時(shí),盡管IL和IC的數值很大,但供給這個(gè)并聯(lián)回路的總電流卻很少,這種現象稱(chēng)為并聯(lián)諧振。這種鐵磁諧振的實(shí)用價(jià)值在于不用很大的輸入電流就能使電感飽和,從而克服了穩壓電路從電網(wǎng)吸取電流過(guò)大的缺點(diǎn)。

    穩壓器原理特點(diǎn): 能有效的去除或改善國內生產(chǎn)的可控硅穩壓器效率低、可控硅上有環(huán)流、產(chǎn)生附加諧波及電磁干擾嚴重等弊端。它集合了微機測控、可控硅無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和變壓器技術(shù)于一體,具有噪聲小、容量大、體積小、精度高、響應快、穩壓范圍寬、重量輕、可靠性好、無(wú)波形畸變等特點(diǎn)。


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