Стабилизаторы этого типа, пересчитанные на соответ­ствующие напряжения, могут найти широкое применение для питания ламп накаливания в шахтах, котельных це­хах, в устройствах сигнализации на железных дорогах. Так как феррорезонансные стабилизаторы легко переносят короткие замыкания в цепи нагрузки, применение их здесь особенно эффективно. Стабилизация напряжения ламп на­каливания увеличивает срок службы ламп и увеличивает производительность труда в шахтах.

В табл. 5 приведены основные характеристики стабили­заторов, выпускаемых промышленностью для лабораторных цел2Й (типа ЭПА) и для питания радиоприемников и теле­визоров (типов СН-250 и УСН-350). Стабилизаторы типа ЭПА имеют конструктивную схему, указанную на рис. 11,6% а стабилизаторы типов СН-250 и УСН-350—соответственно на рис. 11,а и б.

Стабилизаторы типа ЭПА могут с успехом применяться в лабораториях как самостоятельно, так и для питания выпрямителей. В случае необходимости весьма точной ста-билизащш эти установки могут служить предварительными стабилизаторами для электронных стабилизаторов напряже­ния, облегчая работу последних.

Стабилизаторы этого типа применяются также в рент­геновских аппаратах для питания цепей накала рентгенов­ских трубок и кенотронов.

Стабилизаторы типов СН-250 и УСН-350 являются изде­лиями широкого потребления и выпускаются специально для питания радиоприемников и телевизоров. Они рассчи­таны на очень большие пределы колебания входного на­пряжения, но коэффициент стабилизации их невелик.

Для питания измерительных приборов и устройств авто­матики, где требуется большая точность стабилизации, могут быть построены специальные стабилизаторы. Для этих устройств особенно удобны стабилизаторы, конструк­тивная схема которых показана на рис. 10,6, где магнит­ная система насыщенного дросселя изготовлена из мате­риала с прямоугольной петлей гистерезиса. 3—1305 33

Как видно из характеристики, режим стабилизации на­чинается всегда после скачка напряжений. В отличие от схемы рис. !8,а, где ток, потребляемый из сети, может быть или опережающим, или отстающим, этот стабилизатор потребляет всегда опережающий — емкостный ток. Для компенсации небольших изменений напряжения на на­сыщенном дросселе вводится напряжение U_K, пропорцио­нальное напряжению сети (рис. 13).

На рис. 14 дана принципиальная схема стабилизатора напряжения, также с использованием феррорезонанса на­пряжений. Как видно из вольт-амперной характеристики, после наступления феррорезонанса на контуре L_HC напря­жение U_cm остается неизменным. Для этого необходимо, чтобы динамическое сопротивление насыщенного дросселя L_H было равно сопротивлению емкости С. Для получения не­обходимой характеристики L_H его магнитопровод делается из материала с нерезко выраженным насыщением (например, Э41); кроме того, в магнитопроводе устраиваются спе­циальные просечки. Стабилизатор относится к группе Г, мало чувствителен к характеру нагрузки, но имеет малый коэффициент мощности и значительную чувствительность к частоте. Для компенсации больших отстающих токов, потребляемых стабилизатором, включается емкость С_вх (рис. 14). Широкого применения стабилизатор не по­лучил.

Для трансформатора или дросселя с Ш–образным магнитопроводом, если его размеры обозначены, как показано на рис.  3, основные параметры  могут  быть выражены в следующем виде: 14

Длина средней магнитной линии магнитопровода

1_ст = 2(Ь + к) + 2а[см]. Геометрическая площадь сечения магнитопровода <2_ст = яс [см²].

Площадь окна

Q_o = bh [см²].

Параметр, определяющий электромагнитную мощность трансформатора,

Q₀Q_CT~^acbfl\.^CM*l Объем магнитопровода

. V_cj=(AH — 2bh)c[cM^z].

Вес стали

О ~V у k \Г\

ст        ст *ст   ст i

где k_CT — отношение активной площади сечения к геометри­ческой, т. е. коэффициент заполнения сечения сталью. В зависимости от толщины материала и технологии

к =0,8 — 0,95.

ст               ^{7 7}

Объем катушки

У_ми = [2(а + с)6 + 36ЧЛ[с*»1.

Вес меди:

G_u = V_untvt у_и k_u [Г],

м        кат * м   м ¹ J¹

где у_Л — 8,9 Г (см³; удельный вес меди;

^ — коэффициент заполнения окна медью, для напря­жений до 500 в А_Л = 0,3 —0,35.

где P = ££/./j-f-EP — электромагнитная (расчетная) мощ­ность трансформатора, равная сумме произведений  токов  и напряжений всех обмоток трансформатора плюс сумма потере в меди и стали; ш — угловая частота, сек~¹\ В — амплитуда магнитной индукции, гс; Д — плотность тока в обмотках, а\мм². Напряжение одного витка

e=r£=BQJi-Ю-⁸= -^BS-IQ-* [в],

■у 2     ^{ст ст} у 2

где S = Q_crk_CT — активное сечение стали. 16

где     / — действующее значение тока, а;

L — индуктивность, гн\ Р = /²o)L — мощность дросселя;

В —амплитуда оптимальной магнитной индукции в зазоре: при / = 50 гц В_опт = 10 030 — 12 000 гс для стал# Э41, £_олт=12 000— 14 000 гс для ста­лей Э310, Э320, ЭЗЗО; 1_в — суммарный воздушный зазор, см (толщина не­магнитной прокладки Ь_в = 1_в)2)₉

Плотность тока в обмотках берется в пределях 2,5 — 3,5 aJMM².

Температура поверхности трансформатора или дросселя

где £Р — сумма тепловых потерь;

а—коэффициент теплоотдачи с поверхности в воз­дух (а = 1,3-10~³ вт\см²-град)\ t —температура окружающего воздуха, °С.

Температура внутри катушки обычно на 7—15° С больше, чем на поверхности.

2—1305 17

Нормальная работа стабилизатора возможна только в том случае, когда сопротивление нагрузки значительно больше сопротивления насыщенного дросселя. Наиболее полно свойства стабилизатора проявляются при холостом ходе (Z=oo) и при отсутствии активных потерь в звеньях. Рассмотрим поведение стабилизатора при этих условиях.

Пусть u>L_a = , a L_H = oo. Тогда уже при малом значе­нии входного напряжения U₀ наступает резонанс между L_A и С, и при отсутствии дросселя L_H на элементах L_A и С возникают большие напряжения, ограниченные только актив­ным сопротивлением контура Ь_ЛС.

Однако при некотором напряжении на емкости дроссель L_H насыщается и начинает потреблять большой намагничивающий ток. После ;этого напряжение на емкости ограничивается насыщенным дрос­селем и изменяется значительно медленнее, чем напряже­ние на входе стабилизатора.   Емкость С, потребляющая

опережающий ток, компенсирует отстающий ток дрос­селя L_H.

Для выяснения некоторых свойств стабилизатора рас­смотрим его вольт-амперную характеристику при холостом ходе. На рис. 8 показан способ построения такой характе­ристики по характеристикам отдельных звеньев стабилиза­тора.

Характеристика контура Ь_нС построена путем алгебраи­ческого суммирования токов в звеньях L_H и С при одних и тех же значениях напряжения £/. Характеристика всего стабилизатора (L_HC, LJ построена по кривым L_HC и Ь_л путем суммирования напряжений при одних и тех же зна­чениях токов в обеих ветвях.

Нетрудно видеть, что при плавном повышении входного напряжения в случае имеет место скачкообразное изменение напряжения на емкости и линейном дросселе, а также величины и фазы тока, потребляемого из сети (рис. 8,6); при L_A такого скачка не наблю­дается (рис. 8). По характеристикам легко проследить, как изменяется напряжение на емкости при изменении входного напряжения (здесь мы пренебрегаем небольшим намагничивающим током дросселя до точки его насыще­ния).

Скачкообразные изменения напряжений и токов типичны для феррорезонансных стабилизаторов и не представляют какой-либо опасности, если они происходят при значении входного напряжения, лежащем ниже рабочей области. После скачка устанавливается нормальный режим работы стабилизатора.

Для компенсации небольшого изменения напряжения U_н в схему рис. 8,а вводится компенсирующее напряжение. Существуют два основных способа компенсации.

1)    компенсация напряжением, пропорциональным напря­жению на линейном дросселе;

2)    компенсация напряжением, пропорциональным^ напря­жению сети.

Схемы, соответствующие двум способам компенсации, и кривые, поясняющие их работу, приведены на рис. 9. Необходимо отметить, что кривые дают лишь качествен­ную картину компенсации. Правильнее говорить о геомет­рической сумме векторов О_н и О_к, хотя в действительности имеет место более сложное суммирование несинусоидаль­ных напряжений.

Приведенные схемы, являются двумя основными для ста­билизаторов с феррорезонансом токов. Конструктивно та­кие стабилизаторы могут быть выполнены с разделенной

магнитной системой (насыщенный и линейный’дроссели, магнитно независимы, рис. 10) и с объединенной магнит­ной системой. Насыщенный и линейный дроссели имеют общий магнитопровод, рис. 11. В стабилизаторах первого типа линейный дроссель выполняется на магнитопроводе. с регулируемым воздушным зазором. В стабилизаторах второго типа роль линейного дросселя играет индуктив­ность рассеяния |дежду первичной и вторичной обмотками, увеличиваемая при помощи магнитных шунтов (рис. 11,а, б и #), или естественная индуктивность рассеяния (рис. 11 ,г).

Для получения требуемых напряжений напряжения отдель­ных звеньев стабилизатора трансформируются.

Исходя из всего сказанного, легко заметить, что ста­билизаторы по рис. 10 и 11,6 соответствуют электрической схеме рис. 9,а, а стабилизаторы по рис. 11,а, в иг—схеме рис. 9,6.

Стабилизаторы с разделенной магнитной системой по сравнению с такими же стабилизаторами с общей магнит­ной системой имеют следующие особенности:

1. Простота конструкции магнитной системы, позво­ляющая использовать стандартные штампованные пластины.
2. Возможность применения высококачественных маг­нитных материалов и тороидальных витых сердечников.

1. Более высокое к^дество стабилизации, больший диа­пазон стабилизации и меньшая чувствительность к изме­нению частоты сети (о^=1,2—1,5).
2. Больший расход активных материалов при выполне­нии стабилизатора с разделенными цепями нагрузки и пи­тания, а также при расчете на различные номинальные на­пряжения питающей сети.
3. При выполнении стабилизатора по схеме рис. 9,6 требуется дополнительный компенсационный трансформа­тор.

Стабилизаторы с объединенной магнитной системой обладают следующими свойствами:

1. Компактность и относительно меньший расход актив­ных материалов.
2. Легкость электрического разделения цепей нагрузки и питания.
3. Возможность простого переключения первичной об­мотки на различные номинальные напряжения.
4. Возможность применения любого способа компенса­ции без ущерба для размеров и веса (кроме случая рис. 11, г).
5. Сложность конфигурации магнитной системы, за­трудняющая изготовление стабилизатора.
6. Невозможность (или ограниченная возможность) при­менения высококачественных магнитных материалов типа холоднокатаных сталей и пермаллоев.
7. Несколько худшее качество и меньший диапазон стабилизации, а также большая чувствительность к изме­нению частоты сети (a_f = 1,5 — 1,8).

Анализ перечисленных свойств показывает, что в усло­виях лабораторной и любительской практики, а для стаби­лизаторов малой мощности (до 200—300 вт), вообще, более удобны для изготовления стабилизаторы с разделенной магнитной системой. Они могут быть ггакже использованы как источники опорного напряжения в измерительных си­стемах.

Из стабилизаторов с объединенной магнитной системой средней мощности можно применить конструкции по рис. 11,а, б и причем магнитопровод может быть изго­товлен как из полос, так и из штамповок. В последнем случае предпочтительна  конструкция по рис.  11,я (для массового производства).

Конструкция по рис. 11,3 пред­почтительна для изготовления малых серий стабилизаторов большой мощности (до 10 ква). Недостатком этой кон­струкции является наличие сильных магнитных полей рас­сеяния, воздействующих на расположенную вблизи аппара­туру, и некоторая трудность настройки.

Феррорезонанс токов используется также в стабилиза­торе тока, относящемся к группе В (см. Введение). Схема стабилизатора показана на рис. 12,а, а принцип действия поясняется построением характеристик рис. 12,6. В области стабилизации динамическое сопротивление насыщенного дросселя должно быть равно сопротивлению емкости С. Принцип действия стабилизатора наиболее наглядно про­является при Z = 0 (короткое замыкание), для которого и построены вольт-амперные характеристики рис. 12Д Стабилизатор весьма чувствителен к изменению частоты.

В феррорезонансных стабилизаторах применяются мед­ные обмоточные провода различных сечений и марок в за­висимости от мощности стабилизатора и условий его ра­боты. Для катушек на прямоугольных и цилиндрических каркасах, кроме проводов с хлопчатобумажной изоляцией марки ПБД, широко используются круглые эмалированные провода марки ПЭЛ, а также провода с повышенной нагревостойкостью марок ПЭТ и ПЭВ. Тороидальные обмот­ки рекомендуется выполнять эмалированными проводами с хлопчатобумажной или шелковой обмоткой (ПЭЛБО, ПЭЛШО, ПЭЛШКО и др.) во избежание повреждения эма­левой изоляции при намотке.

Плотность тока в обмотках феррорезонансных стабили­заторов обычно берется 3 а\мм² для стабилизаторов не­большой мощности (до 150 вт) и 2,5 — 2 а\мм² для более мощных стабилизаторов. Необходимо учитывать, что маг-нитнонасыщенные сердечники стабилизаторов работают в на­пряженном тепловом режиме и подогревают расположен­ные на них обмотки. Для возможности длительной работы обмотки стабилизаторов должны быть пропитаны изоляцион­ным лаком. Пропитка катушек увеличивает их механиче­скую и электрическую прочность, теплопроводность и пре­пятствует проникновению влаги.

Изоляция класса нагревостойкости А (органическая про­питанная изоляция) допускает длительную работу при тем­пературе 105° С. Возможно допускать и больший нагрев изоляции, но при этом срок службы ее сокращается. Так, если считать срок службы при 105° С равным 10 годам, то на каждые 8° С сверх 105° С срок службы сокращается вдвое.

Для длительной работы при высоких температурах сле­дует применять изоляцию более высокого класса нагрево­стойкости (стеклолакоткань, асбестовое полотно, кремний-органическую изоляцию). В случае необходимости можно применять искусственное охлаждение (воздушное дутье, помещение стабилизатора в бак с маслом и пр.).

Согласно (19) и (20) для насыщенного дросселя имеем:

где В — амплитуда эквивалентной синусоидальной индук­ции, гс

Так как для какого-либо определенного дросселя вели­чины S_w, w_H и /_ст постоянные, то (25) и (20) можно пере­писать так — коэффициенты, постоянные для данного дросселя при данной частоте. Величины U и I назовем „приведен­ными* и при расчете стабилизатора будем исходить из приведенных величин. К этим же величинам приводятся напряжения, токи и сопротивления других элементов схемы стабилизатора.

Линейная аппроксимация рабочей части характеристики насыщенного дросселя В = 9 (Я) в координатах U и / примет вид:

U_H^U_rt + I^L_Kt = U_rm + I_A, (27)

где V_и — напряжение насыщения.

^хя* — динамическое сопротивление насыщенного дросселя, определенное по действующим значениям.

Характеристика В = <?(Н) и аппроксимация ее рабочей части по (27) для Ш-образного сердечника из штампован­ных пластин стали Э41 представлена на рис. 15.

Отмечаем рабочую область индукций, которую примем в пределах от ^ = 16500 гс до В₂= 17800 гс. Через эти точки проводим аппроксимирующую прямую. Точ­ка B_r(U_rJ будет точкой насыщения. На этой же диа­грамме  приведены характеристики дросселя L_A и емкости С. Они должны пересекать характеристику насыщен­ного дросселя вблизи верхнего предела рабочей области. Чем меньше наклон этих прямых к оси абсцисс, тем меньше сопротивления х_л и х_с. В относительных единицах:

где U_m и /_# — текущие координаты прямых.

Характеристика емкости в отличие от рис. 8 здесь про­ведена в виде зеркального отображения от оси ординат.

Использование векторных диаграмм покажем н> численном при­мере расчета стабилизатора с феррорезонансом тока. Для этого приведем все параметры стабилизатора к электрической схеме по рис. 9,а и сначала рассчитаем эту схему. При построении диаграммы пренебрежем потерями в дросселе Ь_л% а потери в дросселе L_H при­числим к нагрузке.

Из рис. 15 находим численные значения исходных параметров в приведенных единицах:

*_л# = 3,25; х_с^ = 2,60; х_Нт = 0,55.

Пусть требуется рассчитать стабилизатор со следующими задан­ными параметрами:

1. Входное напряжение £/₀=180—240 р.
2. Стабилизированная мощность Р_ст = 420 вт (активная на­грузка).
   1. Сталь Э41, 5 = 0,35 мм, штампованные Ш-образные пластины.
   2. Частота питающей сети 50 гц.
   3. Выходное  (стабилизированное)  напряжение в эквивалентной схеме рис. 9,а   не может  быть   взято   произвольным.  Обычно  оно * имеет примерно такую же величину, как и напряжение сети.

Стабилизированное напряжение при холостом ходе обычно не­сколько выше рабочего напряжения (на 1—2yb).

6. Выходной ток:

^Рст 420 ^cm~U_cm~2\Q-^2a-

Векторная диаграмма напряжений стабилизатора показана на рис. 16. Расчет ведется в следующем порядке:

1. Линия OU_cnitX —есть линия напряжений насыщенного дрос­селя.

Стабилизированное напряжение при холостом ходе равно напря­жению на контуре L_HC в точке феррорезонанса токов, соответствую­щей пересечению характеристик емкости С и насыщенного дросселя

Тогда выходной ток в приведенных единицах будет равен:

Уомин/^Ми 180/115

Примем к. п. д. дросселя равным 0,9.

4. Концы векторов входного напряжения перемещаются по линии £/₀!_#(/_02#, отстоящей от линии напряжений насыщенного дросселя на величину h\

К^{885 1}ст.^хл*(1 + £) cos S = 0,3.3,25-1,216-0,99 = 1,18. (30)

При этом вектор £/_01# — наименьшее напряжение сети (180 б). Величина его на диаграмме равна:

“oi.- м_и ТТВ^¹‘⁵⁷-

Для этого режима вектор — напряжение на насыщенном дрос­селе (он должен лежать внутри области В_хВ_г на диаграмме рис. 15).

Отрезок – падение напряжения на основных витках дросселя Ь_л. Отрезок V_H\U_cnt9 — падение напряжения на дополнительных (ком­пенсационных) витках дросселя Ь_л. Причем

U , U w

Такие же соотношения имеют место и при U₀₂ = 240 в (наиболь­шем напряжении сети).

Вектор О_стщ -— вектор стабилизированного напряжения (при на­грузке, а вектор U_cmx% — при холостом ходе. Конец вектора V^Т_ст% при увеличении нагрузки перемещается по дуге окружности, по­строенной на отрезке OU_стХщ , как на диаметре; в то же время рас­стояние Л_# соответственно увеличивается согласно (39).

При холостом ходе (/^ = 0) вся диаграмма „свертывается” в на­правлении к вертикальной прямой OU_{cm х#}ч

При плавном повышении входного напряжения от нуля режим стабилизации начинается при U_0cK^ когда линия, соединяющая концы векторов £/_0# и U_cm^ пройдет через точку U_r^ При этом может на­блюдаться „скачок” напряжений и токов стабилизатора и изменение фаз токов и напряжений на обратные; стабилизация начинается не с режима (1), а с режима (2), как показано на диаграмме.

Скачок напряжений может иметь место. При холостом ходе стабилизатора этот скачок происходит при критическом входном напряжении

В нагруженном стабилизаторе скачок напряжения происходит при более высоком входном напряжении. Для суждения о том, будет ли вхождение в режим стабилизации происходить со скачком, не­обходимо вычислить величину.

Для правильной работы стабилизатора необходимо, чтобы при номинальной нагрузке U$_CK^ было меньше, чем наименьшее возмож­ное входное напряжение.

При снижении входного напряжения происходит обратный скачок напряжений, и стабилизатор выходит из режима стабилизации. Об­ратный скачок происходит всегда при меньшем значении входного напряжения, чем прямой, в чем можно убедиться, рассматривая век­торную диаграмму.

Режим  стабилизации   всегда   наступает без скачка. В случае, когда стабилизация ухудшается, поэтому его следует избегать. Наиболее благоприятным следует считать со­отношение

7^ = 1,1-1,3. (32)

На основании векторной диаграммы можно построить внешнюю характеристику стабилизатора, т. е. зависимость [/ ~= <р (1_ст) при U_Q ~ const.

Выходное напряжение изменяется по закону

^ист. = ^ист.х. ^{cos 5}

до тех пор, пока напряжение на насыщенном дросселе не упадет до значения U_r . После этого стабилизация прекращается, и выходное напряжение быстро падает до нуля.

Имея векторную диаграмму   и   масштабы  тока  и напряжения, легко рассчитать элементы стабилизатора. 5. Насыщенный дроссель.

Наибольшее рабочее напряжение на дросселе L_n соответствует индукции £₂= 17 800 гс (рис. 15).

^_к2=(/_я2М_и= 1,78-115 = 205 е.

Напряженность магнитного поля при индукции 17 800 гс Я, = 0,6-100 «60 а/см.

7. Линейный дроссель

М_и =115

Размеры дросселя определяе*м по наибольшей нагрузке дросселя, а именно при U₀ = U_Ql = \8d в. При этом режиме напряжение на насыщенном дросселе и емкости равно:

1/_я,.А*„- 1.65.115- 190 в.

По рис. 16 падение напряжения на основных витках дросселя равно 150 в, на компенсационных 32,5 в. Реактивный ток насыщен­ного дросселя по рис. 15 равен:

1_нХ = i_Hl9M_t = 0,38-7,4 = 2,8 а.

Реактивный ток в емкости

^1=^1^ = 0,64.7,4 = 4,73 а.

Так как токи 1_С1 и 1_н1 имеют противоположные фазы, суммарный ток равен:

1_г = [_С[ – 1_нХ = 4,73 — 2,8 « 1,93 а (38)

Этот реактивный ток находится приблизительно в квадратуре с вы­ходным током. Отсюда полный ток через основные витки дросселя (ток, потребляемый из сети) равен:’

/₀« J//2 +/f _в У2,22* +J.93* » 2,93 а.

Расчетная мощность дросселя Ь_л равна:

Р_л = U_AI_Q + UJ_ст = 150- 2,93 + 32,5 -2 -505 ва₉

откуда определяется типоразмер магнитопровода- по формуле (5).

Для магнитопроводов из стали Э41 с соотношениями размеров по формулам (2), имеем:

V2 Р_л- 10^е 1,41-505-10»

QctQo^³‘⁷⁵^^ “ТГв             /ПГ^ЗИ. 12 000-0,3-3 = 2Ю см\

1. Рабочая область стабилизации по входному напряже­нию. Эта область задается либо крайними значениями вход­ного напряжения, либо номинальным напряжением с ука­занием колебаний в большую и меньшую сторону от номи­нала. Например, t/₀ = 185 — 230, в, или J7_e = 220J^ в.
2. Коэффициент стабилизации в рабочей области вход­ного напряжения при номинальной нагрузке
3. Коэффициент стабилизации обычно лежит в пределах от 20 до 200.
4. Чувствительность стабилизатора к нагрузке (внутрен­нее сопротивление)

Чем меньше о_р тем меньше зависит напряжение стабили­затора от нагрузки.

1. Зависимость выходного напряжения от характера на­грузки (коэффициента мощности). Обычно при индуктивной нагрузке, U    уменьшается, при емкостной—увеличивается.
2. Зависимость выходного напряжения от изменения частоты питающей сети (чувствительность к частоте)

В зависимости от типа стабилизаторов a_f колеблется в пределах 1—4.

6.   Зависимость выходного напряжения от температуры.
В пределах изменений температуры окружающего воздуха
от —40 до -{-60° С выходное напряжение в среднем ме­няется на ±1°/₀.

Аналогичные определения могут быть даны и для ста­билизаторов тока.

7. Важным показателем является расход активных ма­териалов на единицу стабилизированной мощности. Удель­ный расход сравнительно мало зависит от типа стабилиза­торов, больше — от применяемых магнитных материалов и конденсаторов, а также от мощности стабилизатора, умень­шаясь при увеличении мощности.

Практические значения расхода активных материалов на единицу мощности стабилизаторов лежат в пределах от 5 до 20 кг\квт.

В феррорезонансных стабилизаторах конденсаторы рабо­тают на переменном напряжении, что прежде всего необ­ходимо иметь в виду при выбоое типа конденсаторов.

Специально для феррорезонансных стабилизаторов, ра­ботающих на частоте 50 гц> разработан бумажно-масля­ный конденсатор типа СМ-0,65-5 на 650 в рабочего на­пряжения, емкостью 5 мкф. Его размеры 92,5 X 77,5 X X 120 мм, вес 1,35 кг. Один такой конденсатор достаточен для стабилизатора мощностью 200—250 вт. Для стаби­лизаторов большей мощности можно применить несколько таких конденсаторов, включив их параллельно, а также „косинусные” конденсаторы типа КМ, рассчитанные на ча­стоту 50 гц.

Для стабилизаторов малой и средней мощ­ности пригодны бумажные конденсаторы типа МБГЧ, пред­назначенные для работы на переменном токе. Параметры этих конденсаторов указаны в табл. 3. Номинальное напря­жение этих конденсаторов отнесено к частоте 50 гц, од­нако они могут работать и при повышенных частотах (до 400 гц), для чего рабочее напряжение снижается согласно следующим данным:

Разработано много типов конденсаторов для радиотех­нических устройств. Все эти конденсаторы предназначены для работы на постоянном напряжении. В случае необхо­димости их -длительной работы на переменном напряжении частоты 50 гц приложенное напряжение должно быть сни­жено в 2—2,5 раза. Например, конденсатор типа КБГ-МН на рабочее напряжение 1 000 в может работать при 50 гц на напряжении порядка 400 — 500 в.

Следует заметить, что емкость бумажных и бумажно-масляных конденсаторов довольно сильно зависит от тем­пературы, что вызывает дополнительные погрешности ста­билизации. Слюдяные конденсаторы в пределах рабочих температур практически не изменяют своей емкости и, кроме того, могут применяться на высоких частотах (до 100 кгц). Однако вследствие малой емкости их применение возможно f олько в стабилизаторах малой мощности.

При выборе конденсатора наименьшего объема или ве­са следует руководствоваться его удельной мощностью.

Приближенный анализ и расчет стабилизатора могут быть сравнительно просто выполнены при помощи метода эквивалентных синусоид. Обоснование метода дано в [Л. 4 и 5J. Для расчета используется экспериментальная вольт-амперная характеристика насыщенного дросселя, вы­раженная в _ действующих значениях тока и напряжения. Вольт-амперная характеристика снимается с дросселя, магнитопровод которого выполнен из выбранного магнит­ного материала, а размеры геометрически подобны проек­тируемому дросселю.

На магнитопровод наматываются две обмотки — возбуждения и измерительная. В цепь пер­вой обмотки включается амперметр, измеряющий дейст­вующее значение тока, в цепь второй — вольтметр, изме­ряющий действующее значение э. д. с. При этом сопро­тивление амперметра должно бь1ть, по возхможности, мало, а вольтметра — велико.

Действующее значение напряжения, индуктированного в обмотке:

Рассмотрим схему стабилизатора по рис; 8,а. Обозна­чим

х_л

— = £ — коэффициент резонанса, х_с

У

= С — коэффициент нагрузки (активная нагрузка),

Подставив в (22) величину ji из (21), получим:

f/₀ = i/_K[(l-S + 4^-10⁸) + /q, (23)

Так как по (19) U_H — o>S_Hw_HB-10″”⁸, то, переходя к мо­дулям, из (23) получим:

U ₀ = S^fl /(l-g+^BT-K¹ • (24)

Из выражения (24) можно получить характеристику вход— выход стабилизатора:

при постоянных 5, Л₁ и С и внешнюю характеристику

при постоянных Е, А_г и £/₀.

Изложенный метод позволяет построить и проанализи­ровать характеристики стабилизатора и определить его основные параметры (без компенсационной обмотки).

Как было сказано выше, стабилизатор представляет собой четырехполюсник, включенный между сетью и нагрузкой. Из теории линейного пассивного четырехполюсника из­вестно, что любой четырехполюсник может быть заменен эквивалентной схемой, состоящей из трех звеньев. Таких схем может быть две: П-образная и Т-образная (рис. 5). Как как в П-образной схеме проводимость Y_t включена па­раллельно входу и при достаточно мощной сети не влияет на ток и напряжение выхода, то ее можно положить рав­ной нулю, получив в результате Г-образную схему, где на­грузка подключается параллельно проводимости К₂ или замещает ее.

Схема Бушеро показана на рис. 6,в. Хотя этот стабилизатор не является феррорезонансным (наоборот, здесь надо стре­миться к линейности L и С), однако явление линейного ре­зонанса имеет место и в феррорезонансных стабилизаторах, работа которых во многом сходна с работой схемы Бушеро.

Для того чтобы пассивный четырехполюсник мог ра­ботать как стабилизатор напряжения, коэффициенты Л и В в уравнениях четырехполюсника и, следовательно, сопро­тивления эквивалентных схем рис. 5 должны изменяться при изменении U₀ или I_шх, т. е. сопротивления должны быть нелинейными.

В настоящее время в электротехнике широко применяют­ся многие типы нелинейных сопротивлений — активных и ре­активных. В активных нелинейных сопротивлениях первые гармоники тока и напряжения совпадают по фазе. Сюда относятся бареттеры, лампы накаливания, угольные и ке­рамические сопротивления, электронные и полупроводнико­вые вентили. В реактивных нелинейных сопротивлениях пер­вые гармоники тока и напряжения сдвинуты по фазе. Сю­да относятся катушки с магнитнонасыщенным сердечником (насыщенные дроссели), конденсаторы, емкость которых.за­висит от приложенного напряжения. Насыщенные дроссе­ли являются основными нелинейными реактивными сопро­тивлениями, служащими для построения феррорезонансных стабилизаторов. В насы­щенном дросселе сдвиг фаз между первыми гармо­никами тока и напряже­ния близок к 90°, т. е. его реактивная мощность во много раз больше ак­тивной. Поэтому к. п. д. феррорезонансных стаби­лизаторов довольно значи­телен и может доходить до 0,7—0,8. Нелинейные емкости также могут быть использованы в ферроре­зонансных стабилизаторах.

По аналогии с вольт-амперными характеристи­ками активных нелинейных сопротивлений на постоян­ном токе поведение реак­тивных нелинейных сопро­тивлений также может быть описано вольт-ампер­ными характеристиками. Заранее следует оговорить условность этих характе­ристик вследствие искаже­ния формы кривой тока (при синусоидальном напряже­нии) или искажения фор­мы кривой напряжения (при синусоидальном то­ке). Поэтому в зависимо­сти от способа получения характеристик последние могут значительно раз­ниться для одного и того же сопротивления. В рассматри­ваемых характеристиках переменными являются максималь­ные, средние или действующие значения тока и напряжения. В последнем случае можно применить еще одну условность— трактовать действующие значения тока и напряжения как действующие значения некоторых синусоид, т. е. заменить действительные кривые мгновенных значений токов и на­пряжений фиктивными (эквивалентными) синусоидами. Это 20 допущение дает возможность строить векторные диаграммы и производить практические расчеты, а также облегчает рассмотрение процессов в стаблизаторах. В дальнейшем, за исключением особо оговариваемых случаев, кривые токов и напряжений реактивных нелинейных сопротивлений рас­сматриваются как эквивалентные синусоиды, активные со­противления этих звеньев полагаются равными нулю. Ком­бинируя параллельное и последовательное соединения линей­ных и нелинейных реактивных сопротивлений, можно получать вольт-амперные характеристики различных типов. На рис. 7 представлены типичные  характеристики и относя­щиеся к ним понятия.