Стабилизаторы напряжения на базе ДН

Стабилизаторы напряжения на базе ДН по принципу действия близки к тиристорным СН. Отличие заключается в том, что в роли ключа используется ДН, управление которым осуществляется постоянным током (см. гл. 1). Регулирующее звено СН включается последовательно с нагрузкой. Как отмечалось в гл. 1, полное насыщение ДН, т. е. его «отпирание», имеет место при равенстве результирующей МДС обмоток подмагничивания постоянным током и амплитудного значения МДС обмоток переменного тока. При отсутствии подмагничивания сопротивление ДН максимально. Зависимость среднего тока в нагрузке, включаемой последовательно с идеальным ДН, о т МДС подмагничивающих обмоток близка к прямой (рис. 22, а) независимо от полярности тока /у [4]. Когда ДН полностью насыщается, рост тока /н прекращается. Таким образом, при одном и том же токе управления и разных входных напряжениях «угол насыщения» ДН будет разным, хотя ток нагрузки один и тот же (ток 1Н\ в точке А на рис. 22,а).
Если известим номинальное выходное напряжение и диапазон изменения сопротивления нагрузки на СН, то можно легко найти диапазон изменения тока нагрузки Д/н. Ему должен соответствовать диапазон изменения тока управления Д/у, который необходим для поддержания стабильного выходного напряжения. Соотношение между /а и /у определяется в ДН без обратной связи соотношением числа витков обмоток переменного и постоянного тока, поскольку МДС обмоток примерно одинаковы. Для уменьшения требуемого диапазона Д/у, а следовательно, для снижения мощности, потребляемой обмоткой управления, в ДН используется положительная о. с. Суть ее заключается в том, что осуществляется дополнительное подмагничивание от выпрямленного тока нагрузки. Положительная о. с. может быть выполнена либо с помощью дополнительных обмоток подмагничивания (внешняя о.с.), либо по схеме, приведенной на рис. 22, в, где обмотки включаются через диоды Д1 и Д2, и поэтому ток через эти обмотки содержит как переменную, так и постоянную составляющие. На рис. 22, г показаны кривые токов в обмотках w при полном насыщении ДН. Хорошо видно, что основные гармоники переменных составляющих токов находятся в противофазе, а постоянные составляющие /0,с совпадают по знаку. При внешней о. с. коэффициент о. с. зависит от соотношения числа витков ш0.с и w_, а при внутренней о. с. Ао,с»1, так как переменная и постоянная составляющие токов примерно одинаковы.
Схема, приведенная на рис. 22, в, как и схемы с внешней о. с., могут использоваться как усилители, поскольку мощность, расходуемая в обмотке управления, существенно меньше, чем приращение мощности в цепи нагрузки. Задание рабочей точки можно производить с помощью обмотки смещения wcм, на которую через регулирующий резистор Rcм подается выходное напряжение. Прохождение тока по этой обмотке вызывает смещение характеристики (рис. 22,6) вправо или влево в зависимости от полярности МДС обмотки смещения.
Усилители на ДН называются магнитными (МУ) и достаточно широко используются в народном хозяйстве. На их основе могут быть выполнены и СН. Форма кривой выходного напряжения на выходе таких СН близка к форме кривой тиристорного СН, хотя она несколько более сглажена из-за не идеальности характеристик намагничивания ДН. Схема СУ должна питаться сглаженным выходным напряжением, и ее выход непосредственно подается на обмотки управления ДН. Таким образом, полная схема управления СН значительно проще, чем схема управления тиристорного СН. Однако постоянная времени многовитковых обмоток управления ДН достаточно велика и при быстрых изменениях входного напряжения или нагрузки СН не успевает следить за колебаниями выходного напряжения. Это может привести к кратковременным перенапряжениям при резком росте напряжения UBX и снижении нагрузки и к понижению выходного напряжения при резких понижениях напряжения и увеличении нагрузки. Длительность колебаний выходного напряжения в большой степени зависит от постоянной времени цепи управления ДН. При прочих равных условиях меньшей постоянной времени цепи управления можно добиться при использовании ДН с о. с., так как требуемая МДС обмотки управления меньше, чем у ДН без о. с.
Дроссели насыщения с внутренней о. с. могут быть использованы и для выполнения трехфазного СН (рис. 22, д), причем схема управления останется такой же, как и при однофазном СН, потому что сигнал управления не связан с фазой напряжений, подводимых к каждому из трех ДН трехфазной схемы. Это является серьезным преимуществом многофазных СН на ДН по сравнению с аналогичными тиристорными СН.
Выходное напряжение СН при к. з. на его выходных зажимах падает до нуля, а следовательно, до нуля падает и ток управления. Однако в ДН с положительной о. с. и £0>с»1, как это хорошо видно из рис. 22,6, насыщение сердечника происходит и при отсутствии тока управления за счет подмагничивания выпрямленным током при к. з. на выходе.