УСТАНОВИВШИЙСЯ  РЕЖИМ  ОДНОФАЗНОГО  ФЕРРОРЕЗОНАНСНОГО  СТАБИЛИЗАТОРА  ТОКА

Расулов  Абдулхай  Нархаджаевич

канд.  техн.  наук,  доцент,  Ташкентский  Государственный  Технический  Университет,  Республика  Узбекистан,  г.  Ташкент

Рахмонов  Икром  Усманович

ассистент  кафедры  «Электроснабжения»,  Ташкентский  Государственный  Технический  Университет,  Республика  Узбекистан,  г.  Ташкент

E-mail: 

Большинство  отраслей  электротехники,  электрофизики,  электротермии  нуждаются  в  автоматическом  поддержании  постоянства  тока  приемника.  В  связи  с  этим  появляется  необходимость  применения  различных  стабилизирующих  устройств,  поддерживающих  на  неизменном  уровне  тока  мощные  однофазные,  трехфазные  нагрузки,  когда  изменяется  одновременно  сопротивление  нагрузки  и  напряжение  питающей  сети.

Проведем  анализ  феррорезонансного  стабилизатора  тока,  построенный  на  принципе  суммирования  токов  двух  взаимно  параллельных  ветвей.  Предлагаемый  принцип  стабилизации  повысить  выходную  мощность,  улучшить  коэффициент  стабилизации,  расширить  допустимый  диапазон  изменения  входного  напряжения  и  снизить  долю  высших  гармонических  составляющих  в  токе  нагрузки.  Предложенные  стабилизаторы  имеет  широкое  применение  в  различных  отраслях  электротехники  [1,  3].

Для  анализа  установившегося  режима  работы  однофазного  ФСТ  предложенного  на  рис.1  принимается  следующие  допущения.

Пренебрегается  потерями  в  линейных  элементах  и  потоками  рассеяния,  потери  на  гистерезис  и  на  вихревые  токи  в  магнитопроводе  ферромагнитного  элемента  учитываются  постоянной  приводимостью  g.

Принятие  допущения  не  влияют  на  качественную  сторону  процесса  в  цепи.  Для  аппроксимации  динамической  кривой  намагничивания  ферромагнитного  элемента  принимается  степенная  функция  вида  ,  тогда  уравнение  стабилизатора  тока  имеет  следующий  вид: 

                          (1)

Здесь  u  —  приложенное  напряжения 

W  —  число  витков  обмотки  ферромагнитного  элемента

Ф  —  основной  магнитный  поток  в  сердечнике  ферромагнитного  элемента

n  —степень  аппроксимирующей  функции. 

После  приведения  к  относительным  единицам  и  введения  некоторых  обозначений  из  (1)  получим:

  ,                                     (2)

Или

                      (3)

                                             (4)

Здесь

Ток  стабилизации  определятся,  как

                                           (5)

Где

имеем 

                                          (6)

Рисунок  1.  Схема  замещения  ФСТ

После  введения  относительных  величин  (2.3)  принимает  следующий  вид 

                                      (7)

Здесь 

Принимая 

когда                                       

Из  (4)  получим

или                                     (8)

Откуда

              (9)

                                           (10)

Характер  функции    не  зависит  от  величины  емкости  С₁,  так  как  последняя  величина  включается  параллельно  к  источнику.  Поэтому  из  известно  изменение  магнитного  потока  ферримагнитного  элемента  от  величины  приложенного  напряжения  [2].

  Если  допустить  δ=0,  из  (3)  имеем

                                       (11)

Где

Расчеты  и  экспериментальные  исследования  показали,  что  значение  этого  коэффициента  удобно  принимать  равным  единице. 

Из  (11)  имеем    

                                              (12)

Тогда  для  этого  случая  из  (5)  имеем 

                               (13)

На  основе  зависимостей  (12)  и  (13)  построим  функции    и    рис.  2а,  для  различных  значений  β₁  при  n=7.  Эффект  стабилизации  тока  явно  заметен  когда  β₁=1,3.  Поэтому  при  выборе  параметров  схемы  ФСТ  необходимо  обеспечить  значение  коэффициентов  при  β=1  и  β₁=1,3.  При  соблюдении  этих  условий  отсутствует  триггерный  эффект  и  имеется  устойчивый  подающей  участок  на  вольт–амперной  характеристике  трехэлементной  феррорезонансной  цепи  в  широком  диапазоне  изменения  входного  напряжения. 

Таким  образом  емкость  С₁  своей  линейной  характеристикой  обеспечивает  компенсацию  подающей  части  характеристики  трехэлементного  колебательного  контура  и  существенно  влияет  на  характер  изменения  величины  потребляемого  тока  из  сети.

С  целью  выяснения  влияния  потерь  на  режим  стабилизации  построены  кривые    (рис.2б)  для  различных  значений  δ.  Кривые  показывает,  что  с  увеличением  δ  зона  стабилизации  смещается  в  область  высоких  напряжений,  но  диапазон  стабилизации  и  характер  процесса  почти  не  изменяется  [5,  6].

Полученные  кривые  (рис.  2)  показывает,  что  стабилизация  тока  начинающая  с  появлением  подающего  участка  на  вольт-амперной  характеристике  трехэлементного  электроферромагнитного  колебательного  контура,  может  продолжаться  и  после  резонансной  точки,  если  параметры  цепи  обеспечивают  параллельность  продолжения  “S”  —  образной  характеристики  с  линейной  характеристикой  емкости  С₁.  Этому  соответствует  характеристика,  показанная  на  рис.  2а  для  β₁=1,1.  Поэтому,  при  правильном  выборе  параметров  схемы,  стабилизация  наблюдается  в  очень  широком  интервале  изменения  входного  напряжения,  что  приводит  к  увеличению  выходной  мощности  стабилизатора  тока.

Для  основной  гармоники  построена  векторная  диаграмма  стабилизатора  тока  (рис.  2б)  в  режиме  стабилизации,  когда  ЭФМКК  находится  в  до  резонансном  состоянии. 

а)

  б)

Рисунок  2.  Зависимости  Z_m=f(У_m)

Построение  производится  в  следующем  порядке:

1.  Произвольно  укажем  направление  вектора  напряжения  на  ферромагнитном  элементе

2.  Вектор  тока  ферромагнитного  элемента  отстает  на  π/2  от  вектора  напряжения. 

3.  Из  конца  вектора  Ī_фэ  по  направлению  U_фэ  откладываем  ток  Ī_g,  обусловленный  потерями  в  сердечнике  и  в  обмотках; 

4.  Вектор  емкостного  тока  Ī_с2  опережает  Ū  _фэ  на  π/2  т.к 

5.  Положение  вектора  Ī_L  определяется  согласно  закону  Кирхгофа 

I_L=  I_g+  I_c2+  I_фэ

6.  Из  конца  вектора  Ū_фэ  откладываем  вектор  напряжения  на  индуктивном  элементе  Ū  _L  перпендикулярно  к  вектору  тока  Ī_L 

7.  Вектор  входного  напряжения  определяется  как  сумма  векторов  Ū  _фэ  и  Ū  _L.

8.  Учитывая  опережение  вектора  емкостного  тока  I_с1  на  π/2  вектора  входного  напряжения,  откладываем  из  конца  вектора  Ī_L  вектор  Ī_с1.

9.  Определяем  положение  вектора  входного  тока,  суммируя  вектора  Ī_L  и  Ī_с1.

Список  литературы: 

1.Бессонов  Л.А.  Нелинейные  электрические  цепи.  М.:  Высшая  школа,  1964.

2.Кадыров  Т.М.,  Камалов  А.М.  Двухконтурный  феррорезонансный  стабилизатор  тока.//  Изв.  вузов.  Энергетика,  —  1975.  —  №  11.  —  С.  124. 

3.Кадыров  Т.М.,  Камалов  М.А.  Анализ  структуры  феррорезонансного  стабилизатора  тока.//  Изв.  АН  УзР.  СТН.  —  1974.  —  №  4.  —  С.  24.

4.Кубышин  Б.Е.,  Милях  А.Н.  Индуктивно-ёмкостные  устройства  для  стабилизации  тока//  Автоматика  и  телемеханика.  —  1959.  —  №  5.  —  С.  663—668.

5.Кадыров  Т.М.,  Расулов  А.Н.  Феррорезонансный  стабилизатор  тока  с  синусоидальной  формой  кривой  тока//  Автоматика  и  телемеханика.  —  1977.  —  №  11.  —  С.  197—200.

6.Феррорезонансный  источник  питания  сварочной  дуги.  Международная  научно-техническая  конференция  «Современное  состояние  и  перспектива  развитие  энергетики»  Ташкент,  15—16  декабрь  2011  г.,  —  с.  57—59.