Magyar Hiradástechnika, 1957 (8. évfolyam, 1-6. szám)
1957-06-01 / 1-2. szám
Magyar Híradástechnika 8. évf. 1957. 1—2. sz Feszültségstabiizáló transzformátorok KONKOLY TIHAMÉR, Műszeripari Kutató Intézet Bevezetés Az alábbiakban a mérés- és híradástechnikában leginkább használatos feszültségstabilizáló berendezésnek, a stabilizáló transzformátornak a működését és méretezését ismertetjük. Nem célunk, hogy az e gyűjtőnév alá foglalt összes megoldásokat ismertessük, hanem csak a leggyakoribb alaptípusokat tárgyaljuk. Ezeknél kimutatható, hogy a működésüket leíró egyenletek azonos alakúak és a megoldás mindegyik esetben teljesen hasonló úton haladhat. A stabilizáló transzformátorok méretezésére aránylag kevés irodalmi adatot találhatunk. Az ismert számítási rendszerek többnyire tapasztalati képletekkel operálnak és meglehetősen pontatlanok. Használhatóságukat még az is nehezíti, hogy a hiba nagysága erősen függ a méretezendő transzformátor teljesítményétől.. Pl., ha a képletek egy 20—30 W teljesítményű egység számításánál jó eredményt adnak, úgy lehet, hogy 200—300 W körül már nagy az eltérés a számított és mért értékek között. A pontosabb méretezéshez az kellene, hogy a stabilizáló transzformátor működését leíró differenciálegyenletet meg tudjuk oldani. Ez — mint a későbbiekben látni fogjuk — egy másodrendű, magasabb fokú (nem lineáris), állandó együtthatójú, inhomogén differenciálegyenlet**, melynek függő változója a transzformátor vasmagjában levő indukció, független változója az idő, a konstansok pedig vasmérettől, tekercselési adatoktól stb. függő mennyiségek. Ismeretes, hogy a megoldás ilyen típusú egyenletnél igen sok nehézséggel jár még akkor is, ha a „nonlinearitás” nem túlságosan nagymérvű. Sajnos jelen problémánál nem ez az eset, így az ismert eljárások*** nem alkalmazhatók. Az alábbiakban olyan méretezési eljárást dolgoztunk ki, mely a gyakorlat számára kielégítő pontosságú, de emellett nem túlságosan bonyolult, bár kétségtelen, hogy ez utóbbi téren nem versenyezhet a tapasztalati képletekkel dolgozó számítási rendszerekkel. Az eljárás lényege az, hogy grafikus úton megkeressük a differenciál-egyenlet közelítő megoldását. Ily módon nyerjük az indukció alapharmonikusának első közelítő értékét. Ennek folytatásaként — most már számítással — adódik az indukció harmadik harmonikusa. Gyakorlatban ez a két lépés elegendő. Az ily módon számított, valamint a mért értékek közötti eltérés max. 5%. * Ezzel kapcsolatban utalunk Oegger : Selbsträtige Strom- und Spannungsregler c. tanulmányára az ATM 1934 novemberi számában, ahol a legtöbb előforduló típus rövid leírása megtalálható. ** Az irodalomban ,,Duffing-egyenlet” néven ismert egyenlet egyik fajtája. *** Kis nonlinearitás esetén használható módszerek : a Duffing- és a perturbációs módszer (lásd pl. Stoker : Nonlinear Vibrations c. könyvét). A harmadik lépésben számítással adódik az indukció első és harmadik harmonikusának pontosabb közelítése. Az eljárás egyik előnye, hogy az első lépésként alkalmazott egyenletmegoldás megfordítható. Tervezésnél ugyanis nem egy meglevő transzformátornál kell megállapítanunk egyrészt, hogy milyen teljesítményre használható, másrészt, hogy a primer tekercsre adott feszültség hatására mekkora lesz a vasmagban fellépő indukció, hanem pontosan fordítva : a teljesítmény adott, néhány adatot, mint pl. indukciót, áramsűrűséget felveszünk és ehhez akarjuk meghatározni a vasméreteket, tekercselési adatokat stb. A grafikus eljárás alkalmazható ez utóbbi feladatra. További előnye még az is, hogy szemléletesen mutatja a primer feszültség, valamint a terhelés változása esetén fellépő viszonyokat. Működés A stabilizáló hatás a vas mágnesezési görbéjének nonlinearitásán alapul. A leggyakrabban használt feszültségstabilizáló transzformátorok működési elvét az 1. ábra kapcsán követhetjük. Legyen egy vasmagos fojtótekercs, Z pedig egy lineáris impedancia az 1 /b, ill. 1/c ábra szerinti jelleggörbékkel. Ha 1—2 kapcsokra Up szinuszos váltófeszültséget adunk, akkor valami J áram fog átfolyni a sorbakapcsolt két elemen. Hatására a Z impedancián Uz, az L induktivitáson pedig UL feszültség lép fel. Up értékét növelve J áram nő, vele együtt Ul és Uz is. Van egy olyan kritikus Up0 feszültség, melyhez tartozó áram is.0-nál nagyobb. Ezen túl növelve Up-1illetve J-t, UL csak igen kis mértékben növekszik (lásd az 1 /b ábrát) és az Up feszültség növekedését a lineáris impedancia „veszi fel”. Ezzel stabilizáló hatás áll elő, amennyiben az Up nagy változtatása az UL feszültség kis megváltozását okozza csupán. l. ábra