Установить стабилизатор напряжения и спать спокойно - это, пожалуй, одна единственная действенная формула в борьбе с пониженным, или повышенным напряжением в сети. Без установки нормализатора тока результат сбоя в электросети может быть непредсказуем.
Выбор стабилизатора требует определиться, как именно будет реализована защита
электроприборов: индивидуально каждый аппарат или все оборудование, находящееся в доме целиком. Суть в том, что нужно правильно определить мощность
подключаемых потребителей. Определенно ясно одно - более точный результат будет при использовании паспортных данных подключаемых приборов. Не стоит
конечно забывать, что ряд электрических устройств в момент их пуска потребляет мощность, которая в значительной степени превышает номинальную,
последняя же как известно нередко в паспортных данных не указывается. Именно большие пусковые токи и, как следствие, большие потребляемые мощности
режима включения присущи именно для асинхронных двигателей (стабилизаторы однофазные). Пусковые токи этих двигателей в несколько раз превышают
номинальные (схема стабилизатора). К примеру, средняя номинальная мощность двигателя компрессора бытового холодильника в вашем доме составляет 0,2кВт,
а на момент запуска ему требуется около 1кВт (стабилизаторы напряжения). Нужно учитывать, что кроме холодильника, асинхронные двигатели успешно
применяются в кондиционере, для привода различного рода насосов, дверных ворот и некоторого другого оборудования. В недалеком прошлом применяли
достаточно успешные варианты стабилизации напряжения.
СПОСОБЫ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ
Существуют два основных способа стабилизации напряжения питания телевизоров: автоматическая — при помощи феррорезонансных стабилизаторов и
неавтоматическая — при помощи ручных регуляторов.
Почти всегда предпочтение отдается автоматической стабилизации, так как феррорезонансные стабилизаторы работают в широком диапазоне изменения
ходных напряжений, не требуют никакого контроля и наблюдения и, будучи практически безынерционными, реагируют на очень кратковременные (сотые доли
секунды) броски напряжения. Их основной недостаток — зависимость выходного напряжения от колебаний частоты сети — в большинстве случаев не имеет
значения. Основная масса телевизоров работает в местах, где электрические сети подключены к мощным энергосистемам (трехфазные стабилизаторы).
Колебания частоты в таких системах незначительны, они редко выходят за пределы 49,8—50 гц, и поэтому выходное напряжение стабилизаторов изменяется
настолько мало, что на работу телевизора это повлиять не может.
Иначе обстоит дело в тех сельских районах, где электрическая сеть питается от маломощных местных электростанций. В таких местах колебания частоты очень
значительны, они могут даже выходить за пределы ±5 гц. Уменьшение или увеличение напряжения на выходе феррорезонансного стабилизатора может тогда
достигнуть 15— 20%, что недопустимо (стабилизаторы однофазные).
Поэтому в таких условиях решающим оказывается преимущество ручных регуляторов автотрансформаторного типа: их выходное напряжение не зависит от
частоты. Разумеется, такие регуляторы требуют постоянного наблюдения за показаниями вольтметра и регулировки напряжения. Однако с этим приходится
мириться. Необходимо отметить еще один недостаток этого способа стабилизации напряжения: от кратковременных бросков напряжения телевизор оказывается
незащищенным. Кроме того, существует опасность, что напряжение поднимется выше допустимого и будет оставаться таким некоторое время, пока это не будет
замечено (схема стабилизатора).
Учитывая все это, необходимо еще раз подчеркнуть, что всегда, если есть уверенность, что колебания частоты сети незначительны, следует отдать
предпочтение автоматическому стабилизатору напряжения. Поэтому ниже будут рассмотрены только автоматические стабилизаторы напряжения.
СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
МЕТОДЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ
Существует много разнообразных схем автоматической стабилизации напряжения. Однако принципиально каждая схема использует либо компенсационный, либо
параметрический метод стабилизации. Сущность параметрического метода состоит в том, что для получения стабильного напряжения используется свойство
некоторых, так называемых нелинейных сопротивлений изменять сбою величину в зависимости от протекающего через них тока или приложенного к ним
напряжения. Вых Примером такого рода сопротивлений служат бареттеры, газоразрядные и кремниевые стабилитроны, конденсаторы с сегнетоди-электриком,
трансформаторы и Рис. 1. Дроссели с насыщенным мапштоком стабилизатора и длинным проводом. Последние и используются в стабилизаторах для
телевизоров.
Принципиальная схема параметрического стабилизатора. Она составлена из двух последовательно соединенных сопротивлений: линейного гл и нелинейного гн.
Выходное напряжение снимается с нелинейного сопротивления и составляет величину Это напряжение должно быть стабильным:
Поэтому нелинейность сопротивления гн должна выражаться в том, чтобы при увеличении тока это сопротивление уменьшалось, а при уменьшении —
увеличивалось. Очевидно, для лучшей стабилизации характер изменения сопротивления должен быть таким, чтобы произведение оставалось возможно более
постоянным.
Величина же линейного сопротивления гл от тока не зависит. Поэтому падение напряжения на нем изменяется пропорционально току:
Входное напряжение Uai приложено к обоим сопротивлениям. Изменения ею отражаются только на величине . Выходное же напряжение ивых, равное разности
при этом остается неизменным (схема стабилизатора).
Параметрический метод и лежит в основе стабилизаторов для телевизоров. Поэтому на втором, компенсационном методе можно остановиться лишь вкратце.
В схеме компенсационного стабилизатора (рис. 2) выходное напряжение непрерывно измеряется каким-либо измерительным элементом (его устройство не имеет
в общем случае принципиального значения). Разность между этим и заданным калиброванным напряжением усиливается и управляет исполнительным элементом,
осуществляя отрицательную обратную связь так, что выходное напряжение приводится к заданной неизменной величине. Такой метод стабилизации может
показаться привлекательным. Однако по простоте устройства, эксплуатации и по надежности в работе компенсационные стабилизаторы уступают
параметрическим.
СТАБИЛИЗАТОРЫ НАСЫЩЕННОГО ТИПА БЕЗ ЕМКОСТИ
Имея представление о сущности параметрической стабилизации, нетрудно понять и принцип действия простейшего параметрического стабилизатора с
нелинейным сопротивлением в виде насыщенного дросселя.
Для этого достаточно убедиться в том, что такой дроссель обладает необходимым для стабилизации свойством уменьшать свое сопротивление при увеличении
тока, протекающего по его обмотке.
Вольт-амперная характеристика насыщенного дросселя имеет вид кривой / на рис. 3. По этой характеристике легко построить кривую 2 — зависимость
сопротивления дросселя 2и от тока, рассчитав гп для нескольких значений тока.
Если ограничить рабочий участок дросселя снизу областью
насыщения его сердечника, а сверху—допустимым током (участок Д), то можно увидеть, что в пределах этого участка сопротивление дросселя действительно
уменьшается с увеличением тока.
Итак, схема на рис. 1 с насыщенным дросселем в качестве сопротивления н представляет собой простейший параметрический стабилизатор.
Известно много схем подобных стабилизаторов, которые в литературе принято называть стабилизаторами насыщенного типа без емкости [Л.З]. Вследствие ряда
недостатков (большой реактивный ток со стороны сети, низкий к, п. д. и cos ф, повышенный расход стали и меди) такие стабилизаторы не получили
распространения (стабилизаторы напряжения).
СТАБИЛИЗАТОРЫ ФЕРРОРЕЗОНАНСНОГО ТИПА
Гораздо более совершенны стабилизаторы феррорезонансно-о типа, в которых для уменьшения реактивного тока, улучшения стабилизирующих свойств и других
характеристик применяют конденсаторы, включаемые последовательно или параллельно насыщенному дросселю. Вместе с дросселем эти конденсаторы
образуют последовательный или параллельный резонансный контур, выполняющий в данном случае функцию все того же нелинейного сопротивления .гк в схеме
параметрического стабилизатора на рис, I.
Резонансные условия в таких контурах в отличие от обычных резонансных контуров возникают не только при определенной частоте, но и при определенном
напряжении, приложенном к контуру (схема стабилизатора).
В диапазоне мощностей от сотни до нескольких сотен пзгт
Рис. 5. Вольт-амперные характеритеристики параллельного феррорезонансиого контура (стабилизаторы однофазные).
преимущественное применение нашли стабилизаторы напряжения с параллельным феррорезонансным контуром.
Рассмотрим явления, происходящие в таком контуре при изменении приложенного к нему напряжения, предполагая, что активные сопротивления в контуре
отсутствуют. Схема параллельного контура, содержащего индуктивность со стальным сердечником, изображена на рис. 4 (трехфазные стабилизаторы).
При неизменной частоте приложенного к контуру напряжения ток через емкость будет расти прямо пропорционально приложенному напряжению. Ток через
индуктивность будет возрастать по кривой / на рис. 3: до насыщения стали — медленно, а после — очень резко.
На рис. 5 приведены вольт-амперные характеристики емкости (/) и индуктивности (2).
Общий ток /, представляющий собой сумму (а с учетом знаков разность) токов IL и /с, будет изменяться при этом по нольт-ампер-ноп характеристике 3. Ее
нетрудно построить, сложив абсциссы характеристик / и 2 для нескольких значений приложенного к контуру напряжения.
При применении такого контура в качестве нелинейного элемента стабилизатора особый интерес представляют следующие три свойства его вольт-амперной
характеристики:
Первое свойство заключается в том, что существует точка U0, где выполняются условия резонанса (равенство индуктивного и емкостного сопротивлений) и
общий ток / равен нулю. Разумеется, это верно только для идеальной вольт-амперной характеристики, построенной в предположении, что активное
сопротивление отсутствует (кривая / на рис. 6). Реальная характеристика, учитывающая активное сопротивление, которым всегда обладает контур, несколько
отличается от идеальной и имеет вид кривой 2 (стабилизаторы напряжения).
Тем не менее очень важно то, что в области вблизи резонанса ток, отбираемый контуром от источника, весьма мал и близок по своему характеру к активному. А
это означает, что стабилизатор напряжения, в котором используется феррорезонансный контур, будет потреблять малый реактивный ток, иметь значительно
меньшие потери и более высокий cos ф, чем описанный ранее стабилизатор насыщенного типа без емкости.
Второе важное свойство — высокая точность стабилизации в большом диапазоне изменения
входного напряжения. В этом можно убедиться, сопоставляя участок вольт-амперной характеристики контур а (кривая 3 па рис. 5), где напряжение на контуре
мало зависит от общего тока /, с аналогичным участком характеристики насыщенного дросселя (кривая 2 на рис. 5). При сравнении этих двух характеристик
видно, что наклон интересующего нас участка кривой по отношению к оси абсцисс у феррорезонансного контура меньше, чем у насыщенного дросселя. А это
означает, чго стабилизатор с таким контуром даст более высокую точность стабилизации, чем стабилизатор насыщенного типа без емкости (схема
стабилизатора).
Наконец, третье — это то, что пологий участок характеристики феррорезонансного контура начинается гораздо ближе к оси ординат уже при малых значениях
тока. Поэтому рабочий диапазон стабилизатора с таким контуром расширяется в сторону меньших значений входного напряжения. Иными словами, напряжение
на выходе близко к своей номинальной величине даже тогда, когда входное напряжение намного ниже номинала (стабилизаторы однофазные).
У феррореэопансных стабилизаторов напряжения вместе с тем есть один недостаток — зависимость выходного напряжения от частоты сети. Действительно,
свойства феррорезонансного контура были рассмотрены в предположении, что частота входного напряжения неизменна. Увеличение или уменьшение частоты
изменяет реактивные сопротивления элементов контура так, что точка резонанса смешается в сторону больших или меньших значений напряжения. А это в свою
очередь вызывает увеличение или уменьшение выходного напряжения стабилизатора.
Для устранения зависимости выходного напряжения от частоты в схему стабилизатора могут быть введены дополнительные корректирующие элементы [Л. 3,4].
Однако по причинам, о которых упоминалось выше, в стабилизаторах для телевизоров никаких мер для уменьшения зависимости выходного напряжения от
частоты пока не принимается.
Есть еще один недостаток, свойственный вообще всем схемам, в которые входит насыщенный дроссель. Это — несинусоидальность формы кривой выходного
напряжения, вызванная насыщением стали. Для устранения этого недостатка в последних конструкциях стабилизаторов для телевизоров применяются весьма
простые фильтры высших гармонических составляющих. Действие таких фильтров будет в дальнейшем рассмотрено.
Свойства последовательного контура в известной мере аналогичны свойствам параллельного контура, поэтому рассматривать их нет смысла.
До сих пор рассматривался лишь один из элементов общей схемы параметрического стабилизатора — нелинейное сопротивление гп (рис. 1). Что же
представляет собой второе, линейное сопротивление гл, падение напряжения на котором складывается с входным напряжением (или вычитается из него) так,
что выходное напряжение остается неизменным?
Это линейное сопротивление в принципе может быть любым — активным, индуктивным или емкостным. Однако с активным сопротивлением всегда связаны
бесполезные потери мощности, выделяемые в виде тепла (стабилизаторы напряжения). Поэтому активных сопротивлений в феррорезопанс-ных стабилизаторах
не применяют. С емкостного сопротивления неудобно снимать небольшую часть всего напряжения, что, как будет видно далее, необходимо для лучшей
стабилизации (компенсация выходного напряжения).
Поэтому в большинстве известных феррорезопансных стабилизаторов сопротивление гл делают индуктивным. При этом схемы, где функцию 2Л выполняет
индуктивность рассеяния (так называемые схемы с магнитным шунтом), не менее распространены, чем схемы с сопротивлением гл в виде отдельного
насыщенного дросселя.
Но эти уже реальные схемы стабилизаторов напряжения будут рассмотрены несколько позже после того, как будет освещено значение еще одного элемента, не
изображенного на рис. 1, компенсационной обмотки.
Понять, зачем нужна эта обмотка, можно, возвратившись к вольт-амперной характеристике насыщенного дросселя (рис. 3). Рассматривая характеристику в
области насыщения, можно увидеть, что она не совсем горизонтальна, как хотелось бы. Иначе говоря, приросту тока А/ все же соответствует какой-то
небольшой прирост па-пряжения Ди. Результирующая характеристика феррорезонансного контура (кривая 3 на рис. 5) более горизонтальна, но и она все же
имеет некоторый наклон. Нетрудно заметить, что прирост выходного напряжения приблизительно пропорционален изменению входного напряжения.
Если теперь из выходного напряжения вычесть какое-то компенсирующее его прирост напряжение, также пропорциональное изменению входного, то получим на
выходе неизменное напряжение. Это иллюстрируется кривыми на рис. 7 (стабилизаторы однофазные).
Компенсирующее напряжение снимают с небольших обмоток, располагаемых либо на одном стержне с первичной обмоткой (в стабилизаторах с магнитным
шунтом), либо на ненасыщенном дросселе (в стабилизаторах с отдельным дросселем). Как ясно из предыдущего, компенсационная обмотка включается так,
чтобы ее напряжение вычиталось из напряжения на резонансном контуре (стабилизаторы напряжения).
Резюмируя изложенное, необходимо еще раз подчеркнуть следующие основные положения:
а) Действие феррорезонансного стабилизатора основано на использовании свойства насыщения стального сердечника.
б) Функция емкости заключается в уменьшении реактивного тока, улучшении технико-экономических характеристик и расширении диапазона стабилизации.
в) Функция компенсационной нии точности стабилизации (схема стабилизатора).
