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稳压器工作原理

发布日期:2015-01-17

 交流稳压器原理通常是利用铁磁非线性特性构成,属于铁磁稳压器,它是由铁磁饱和元件再加谐振电容构成的稳压器。 

一、铁磁饱和现象

    一个线圈通过电流时,线圈中便有磁场产生,描述这个磁场有两个物理量,一个是磁场强度,用H来表示,它与线圈的圈数和流过线圈的电流强度的乘积(又称安匝数)有关;另一个是磁感应强度(又称磁通密度),用B来表示,B的大少除与安匝数有关外,还与线圈中的介质有关。如果介质是空气,那么H和B数值相等,如果介质是铁磁材料时,同一线圈流过同样的电流(H相同)的条件下,在有铁磁材料的导磁率用U来表示。

    在铁磁材料中,U不是固定的常数,B和H之间不是线性关系,如图1所示,在图中可见,曲线的A点附近曲线开始弯曲,再往上,B值的变化越来越平缓,H变化而B值变化很少的现象我们就称为磁饱和现象。

 在讨论稳压电源时,我们关心的是电压电流的变化,在磁饱和铁芯线圈讨论中,我们可以认为线圈中H与流过线圈的电流I成正比;线圈中的B与线圈的感生电压即线圈两端的电压V成正比。图2是一个铁磁介质线圈的伏安特性图,从图中可见,曲线有一段电压变化很少,动态电阻©V/©I比V/I少(这是稳压管的概念,磁饱和线圈不常用“动态电阻”的提法)。这就是饱和区段。

    图3是一个简单的磁饱和稳压电路,L1是非饱和电感,L2是饱和电感。如果输入电压Vi发生变化,那么L1和L2的电流都将变化,但由于L2在饱和状态,所以L2上的电流变化时其两端的电压变化很少,大部分电压变化都落在L1上,从而保持了L2上电压,即输出电压V0的相对稳定。当负载发生变化时,其结果也一样,这种简单型的磁饱和稳压器存在两个问题:一是稳压性能差,主要原因是B-H曲线的饱和部分不够徒。二是功耗大,因为要使L2进入饱和状态所消耗的功耗过大。

 图4是一个实用型的磁饱和交流稳压器,铁芯面积较大的一边是非饱和区,铁芯面积较少的一边是饱和区,L3称为电压补偿绕组,从上面我们知道,简单型的交流稳压器的缺点是输入电压变化会引起输出电压较大的变化,为此,改进方法是将非饱和区的一部分电压与输出电压V0反向串接,将变化部分相抵消。L3和L1绕在同一不饱和铁芯上,成为线性变压器,L3与L2串联,但电压方向相反,从而补偿了输出电压V0的变化,使V0更稳定。

    要使铁芯进入饱和状态,L1将要流入较大的磁励电流,由于L1是一个感性负载,所以消耗在负载上的功率不是I和电网电压V的乘积VI,而是UICOSa(COSa称为功率因数),因此流过L1的总电流将比较大,即功耗过大,稳压器的效率只有50%左右,为此我们可通过并联铁磁谐振的方法加以克服。

    我们知道电感上电流比电压相位滞后90度,电容上电流比电压相位超前90度,如果电感和电容并联,加上同一电压,电感上的电流IL和电容上的电流IC将相互抵消,因此,当IL和IC的大少接近相等时,尽管IL和IC的数值很大,但供给这个并联回路的总电流却很少,这种现象称为并联谐振。这种铁磁谐振的实用价值在于不用很大的输入电流就能使电感饱和,从而克服了稳压电路从电网吸取电流过大的缺点。

稳压器原理特点: 能有效的去除或改善国内生产的可控硅稳压器效率低、可控硅上有环流、产生附加谐波及电磁干扰严重等弊端。它集合了微机测控、可控硅无触点开关和变压器技术于一体,具有噪声小、容量大、体积小、精度高、响应快、稳压范围宽、重量轻、可靠性好、无波形畸变等特点。


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