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穩壓器工作原理

發布日期:2015-01-17

 交流穩壓器原理通常是利用鐵磁非線性特性構成,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

    一個線圈通過電流時,線圈中便有磁場產生,描述這個磁場有兩個物理量,一個是磁場強度,用H來表示,它與線圈的圈數和流過線圈的電流強度的乘積(又稱安匝數)有關;另一個是磁感應強度(又稱磁通密度),用B來表示,B的大少除與安匝數有關外,還與線圈中的介質有關。如果介質是空氣,那么H和B數值相等,如果介質是鐵磁材料時,同一線圈流過同樣的電流(H相同)的條件下,在有鐵磁材料的導磁率用U來表示。

    在鐵磁材料中,U不是固定的常數,B和H之間不是線性關系,如圖1所示,在圖中可見,曲線的A點附近曲線開始彎曲,再往上,B值的變化越來越平緩,H變化而B值變化很少的現象我們就稱為磁飽和現象。

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

    圖3是一個簡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發生變化,那么L1和L2的電流都將變化,但由于L2在飽和狀態,所以L2上的電流變化時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。當負載發生變化時,其結果也一樣,這種簡單型的磁飽和穩壓器存在兩個問題:一是穩壓性能差,主要原因是B-H曲線的飽和部分不夠徒。二是功耗大,因為要使L2進入飽和狀態所消耗的功耗過大。

 圖4是一個實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稱為電壓補償繞組,從上面我們知道,簡單型的交流穩壓器的缺點是輸入電壓變化會引起輸出電壓較大的變化,為此,改進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,成為線性變壓器,L3與L2串聯,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。

    要使鐵芯進入飽和狀態,L1將要流入較大的磁勵電流,由于L1是一個感性負載,所以消耗在負載上的功率不是I和電網電壓V的乘積VI,而是UICOSa(COSa稱為功率因數),因此流過L1的總電流將比較大,即功耗過大,穩壓器的效率只有50%左右,為此我們可通過并聯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,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,盡管IL和IC的數值很大,但供給這個并聯回路的總電流卻很少,這種現象稱為并聯諧振。這種鐵磁諧振的實用價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吸取電流過大的缺點。

穩壓器原理特點: 能有效的去除或改善國內生產的可控硅穩壓器效率低、可控硅上有環流、產生附加諧波及電磁干擾嚴重等弊端。它集合了微機測控、可控硅無觸點開關和變壓器技術于一體,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、無波形畸變等特點。


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