四方國(guó)瑞電力旗下的串聯(lián)諧振可以幫助眾多電力工作者更加方便的進(jìn)行各類電力測(cè)試。
在電阻、電容、電感串聯(lián)電路中,出現(xiàn)功率、電壓、電流和相位的現(xiàn)象,稱為串聯(lián)諧振,其特點(diǎn)是:純電阻電路,功率、電壓和電流同相,電抗X等于零,阻抗Z為等于電阻R,電路的最小阻抗,電流,最大的電感和電容可能會(huì)產(chǎn)生比電源電壓大很多倍的高電壓,所以串聯(lián)諧振也稱電壓諧振。
諧振電壓與原電壓疊加,并聯(lián)諧振:并聯(lián)電路中的電阻、電容、電感,電路中的電壓與總電流同相的現(xiàn)象,簡(jiǎn)稱并聯(lián)諧振,其特點(diǎn)是:并聯(lián)諧振是一種全補(bǔ)償,功率無需提供無功功率,只提供電阻需要的有功功率,諧振,使電路的總電流最小化,而一個(gè)支路電流往往大于電路中的總電流,因此,并聯(lián)諧振也稱為電流共振。
串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的特點(diǎn)和區(qū)別:
負(fù)載諧振方式可分為并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器兩種。串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的主要技術(shù)特點(diǎn)和區(qū)別如下:
串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的區(qū)別在于它們使用的振蕩電路不同,前者與L、R、C串聯(lián),后者與L、R、C并聯(lián)。
(1)串聯(lián)逆變器的負(fù)載電路對(duì)電源的阻抗較低,要求由電壓源供電。因此,整流濾波后的直流電源端必須接大濾波電容。逆變器發(fā)生故障時(shí),浪涌電流大,保護(hù)困難。
并聯(lián)逆變器的負(fù)載電路對(duì)電源呈現(xiàn)高阻抗。它需要由電流源供電。但在逆變器故障的情況下,電流受到高電抗的限制,影響小,易于保護(hù)。
(2)串聯(lián)逆變器輸入電壓恒定,輸出電壓為矩形波,輸出電流近似正弦波,變流器在晶閘管電流歸零后,因此電流始終超前電壓一個(gè)φ角。
并聯(lián)逆變器的輸入電流恒定,輸出電壓近似為正弦波,輸出電流為矩形波,變換器在諧振電容電壓過零之前,負(fù)載電流總是在電壓前一個(gè)φ角。也就是說,兩者都在容性負(fù)載下工作。
(3)串聯(lián)逆變器為恒壓源電源,為避免逆變器上下橋臂晶閘管同時(shí)導(dǎo)通,造成電源、變流器短路,必須保證先關(guān)閉,然后打開。也就是說,所有晶閘管(其他電力電子設(shè)備)都應(yīng)關(guān)閉一段時(shí)間(t)。雜散電感,即電感從直流端到器件引線產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì),可能會(huì)損壞器件,因此需要選擇合適的器件浪涌電壓吸收電路。另外,為了保證負(fù)載電流的連續(xù)性,并且在晶閘管關(guān)斷時(shí)晶閘管不受換流電容上的高壓影響,晶閘管的兩端必須有一個(gè)反并聯(lián)的快速二極管。
并聯(lián)逆變器是恒流源電源,為了避免濾波電抗Ld產(chǎn)生大的感應(yīng)電勢(shì),電流必須是連續(xù)的。也就是說,要保證逆變器上下橋臂上的晶閘管在變流過程中先開后關(guān),即在變流(t)期間所有晶閘管都處于導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)雖然逆變橋臂是直通的,由于Ld足夠大,不會(huì)造成直流電源短路,但是換相時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)降低系統(tǒng)效率,所以需要縮短t-gamma ,即降低Lk的值。
(4)串聯(lián)逆變器的工作頻率必須低于負(fù)載電路的固有振蕩頻率,即要保證一個(gè)合適的t時(shí)間,否則會(huì)因上下直接連接而導(dǎo)致變流器失效逆變器的橋臂。
并聯(lián)逆變器的工作頻率必須略高于負(fù)載電路的自然振蕩頻率,以保證有合適的反向電壓時(shí)間t,否則會(huì)導(dǎo)致晶閘管變換器的故障。但是,如果太高,在變流過程中晶閘管的反向電壓就會(huì)太高,這是不允許的。
(5)串聯(lián)逆變器的功率調(diào)節(jié)方式有兩種:改變直流電源電壓Ud或改變晶閘管觸發(fā)頻率,即改變負(fù)載功率因數(shù)cos phi。
并聯(lián)逆變器的功率調(diào)節(jié)方式只能改變直流電源電壓Ud。改變 cos phi 也可以提高逆變器的輸出電壓和功率,但允許的調(diào)節(jié)范圍很小。
(6)在串聯(lián)逆變器的變流器中,晶閘管自然關(guān)斷。關(guān)斷前,電流已逐漸降至零,故關(guān)斷時(shí)間短,損耗小。在換向期間,晶閘管關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng) (t+t -)。
在并聯(lián)逆變換流器中,晶閘管在全電流運(yùn)行時(shí)被強(qiáng)制關(guān)斷。電流強(qiáng)制降為零后,需要一段反向電壓時(shí)間,因此關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)。相比之下,串聯(lián)逆變器更適用于工作頻率較高的感應(yīng)加熱裝置。
(7)串聯(lián)逆變器的晶閘管需要承受較低的電壓。使用380V電網(wǎng)供電時(shí),應(yīng)采用1200V的晶閘管。但是,負(fù)載電路的所有電流,包括有功和無功功率分量,都應(yīng)流過晶閘管。逆變晶閘管丟失脈沖,只會(huì)使振蕩停止,不會(huì)引起逆變顛覆。
并聯(lián)逆變器的晶閘管需要承受高電壓,其值隨功率因數(shù)角的增大而迅速增大。然而,負(fù)載本身形成一個(gè)振蕩電流回路。只有有功電流流過逆變晶閘管,當(dāng)逆變晶閘管偶爾失去觸發(fā)脈沖時(shí),仍能維持振蕩,工作相對(duì)穩(wěn)定。
(8)串聯(lián)逆變器可自勵(lì)或自勵(lì)。可以通過改變逆變器觸發(fā)脈沖頻率來調(diào)節(jié)輸出功率。并聯(lián)逆變器只能工作在自激狀態(tài)。
(9)在串聯(lián)逆變器中,晶閘管的觸發(fā)脈沖不對(duì)稱,不會(huì)引入直流分量電流影響正常工作;但在并聯(lián)逆變器中,逆變晶閘管的觸發(fā)脈沖不對(duì)稱,會(huì)引入直流分量電流而引起故障。
(10)系列變頻器啟動(dòng)方便,適合頻繁啟動(dòng)的工作場(chǎng)合;并聯(lián)逆變器需要額外的啟動(dòng)電路,啟動(dòng)困難。
(11)由于串聯(lián)逆變器中的晶閘管承受矩形波電壓,du/dt值較大,吸收電路起關(guān)鍵作用,而di/dt要求較低。
在并聯(lián)逆變器中,流過逆變晶閘管的電流為矩形波,因此需要較大的di/dt,而需要較低的du/dt。
(12)當(dāng)串聯(lián)逆變器的感應(yīng)加熱線圈與逆變電源(包括通道電容)距離較遠(yuǎn)時(shí),對(duì)輸出功率的影響較小。如果使用同軸電纜或回旋線盡可能靠近鋪設(shè)(最好絞在一起),幾乎沒有效果。對(duì)于并聯(lián)逆變器,感應(yīng)加熱線圈應(yīng)盡可能靠近電源(特別是通道電容),否則功率輸出和效率會(huì)大大降低。
(13)串聯(lián)逆變器的感應(yīng)線圈上的電壓和槽電容上的電壓都是逆變器輸出電壓的Q倍,流過感應(yīng)線圈的電流等于逆變器的輸出電流。
并聯(lián)逆變器的感應(yīng)線圈和槽電容上的電壓等于逆變器的輸出電壓,流過它們的電流是逆變器輸出電流的Q倍。
綜上所述,并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器(一般稱為并聯(lián)或串聯(lián)逆變電源)各有技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。從工業(yè)加熱應(yīng)用來看,并聯(lián)逆變器廣泛應(yīng)用于冶煉、保溫、透熱、感應(yīng)加熱等領(lǐng)域,功率從幾千瓦到幾萬千瓦不等。串聯(lián)逆變器廣泛應(yīng)用于冶煉-一拖二爐的保溫和Q值高、頻率高的感應(yīng)加熱場(chǎng)合,其功率范圍從幾千瓦到幾千千瓦。目前,我國(guó)工業(yè)上90%以上的變頻電源為并聯(lián)變頻電源。