Стабилизатор, у которого на зажимах нелинейного дросселя получают стабилизированное напряжение, является простейшим ферромагнитным стабилизатором. Его основной недостаток — низкий коэффициент мощности. Кроме того, при больших токах в цепи габариты линейного дросселя очень большие.
Для уменьшения веса и габаритов ферромагнитные стабилизаторы напряжения изготовляют с объединенной магнитной системой, а для повышения коэффициента мощности включают конденсатор по схеме резонанса токов. Такой стабилизатор называется феррорезонансным.
Феррорезонансные стабилизаторы напряжения конструктивно похожи на обычные трансформаторы (рис. 1, а). Первичная обмотка w1 на которую подается входное напряжение Uвх, располагается на участке 2 магнитопровода, имеющем большое поперечное сечение для того, чтобы эта часть магнитопровода находилась в ненасыщенном состоянии. Напряжение Uвх создает магнитный поток Ф2.
Рис. 1. Схемы феррорезонансного стабилизатора напряжения: а — принципиальная; б — замещения
Вторичная обмотка w2, на зажимах которой индуцируется выходное напряжение Uвых и к которой присоединяется нагрузка, расположена на участке 3 магнитопровода, имеющем меньшее сечение и находящемся в насыщенном состоянии. Поэтому при отклонениях напряжения Uвх и магнитного потока Ф2 значение магнитного потока Ф3 на участке 3 почти не изменяется, не изменяется э. д. с. вторичной обмотки и Uвых. При увеличении потока Ф2 та его часть, которая не может проходить по участку 3, замыкается через магнитный шунт 1 (Ф1).
Магнитный поток Ф2 при синусоидальном напряжении Uвх синусоидален. Когда мгновенное значение потока Ф2 приближается к амплитудному, участок 3 переходит в режим насыщения, поток Ф3 перестает увеличиваться и появляется поток Ф1. Таким образом, поток через магнитный шунт 1 замыкается только в те моменты времени, когда поток Ф2 по значению близок к амплитудному. Это делает поток Ф3 несинусоидальным, напряжение Uвых становится также несинусоидальным, в нем ярко выражена третья гармоническая составляющая.
В схеме замещения (рис. 1, б) параллельно включенные индуктивность L2 нелинейного элемента (вторичной обмотки) и емкость С образуют феррорезонансный контур, имеющий характеристики, представленные на рис 2. Как видно из схемы замещения, токи в ветвях пропорциональны напряжению Uвх. Кривые 3 (ветвь L2) и 1 (ветвь С) расположены в разных квадрантах, так как токи в индуктивности и емкости противоположны по фазе. Характеристику 2 резонансного контура строят, алгебраически суммируя токи в L2 и С при одних и тех же значениях напряжения Uвых.
Как видно из характеристики резонансного контура, применение конденсатора дает возможность получать стабильное напряжение при малых токах намагничивания, т. е. при меньших напряжениях Uвх.
Кроме того, при наличии конденсатора стабилизатор работает с высоким коэффициентом мощности. Что касается коэффициента стабилизации, то он зависит от угла наклона горизонтальной части кривой 2 к оси абсцисс. Так как этот участок имеет значительный угол наклона, то получить большой коэффициент стабилизации без дополнительных устройств невозможно.
Рис. 2. Характеристики нелинейного элемента феррорезонансного стабилизатора напряжения
Таким дополнительным устройством является компенсирующая обмотка wк (рис. 3), располагаемая вместе с первичной обмоткой на ненасыщенном участке 1 магнитопровода. С увеличением Uвх и Ф увеличивается э. д. с. компенсирующей обмотки. Ее включают последовательно с вторичной обмоткой, но так, чтобы э. д. с. компенсирующей обмотки была противоположна по фазе э. д. с. вторичной обмотки. Если Uвх увеличивается, то незначительно увеличивается э. д. с. вторичной обмотки. Напряжение Uвых, которое определяется разностью э. д. с. вторичной и компенсирующей обмоток, поддерживается постоянным за счет возрастания э. д. с. компенсирующей обмотки.
Рис. 3. Схема феррорезонансного стабилизатора напряжения с компенсационной обмоткой
Обмотка w3 предназначена для повышения напряжения на конденсаторе, что увеличивает емкостную составляющую тока, коэффициент стабилизации и коэффициент мощности.
Недостатками феррорезонансных стабилизаторов напряжения являются несинусоидальность выходного напряжения и зависимость его от частоты.
Промышленность выпускает феррорезонансные стабилизаторы напряжения мощностью от 100 Вт до 8 кВт, с коэффициентом стабилизации 20—30. Кроме того, выпускают феррорезонансные стабилизаторы без магнитного шунта. Магнитный поток Ф3 в них замыкается по воздуху, т. е. является потоком рассеяния. Это позволяет уменьшить вес стабилизатора, однако сужает рабочую область до 10% от номинального значения Uвх при коэффициенте стабилизации kc, равном пяти.