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從原理分析串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區別之5種方法

武漢合眾電氣總結串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區別的5種方法,并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器(通稱(chēng)并聯(lián)或串聯(lián)變頻電源)各有其自己的技術(shù)特點(diǎn)和應用領(lǐng)域。從工業(yè)加熱應用的角度,并聯(lián)逆變器廣泛應用于熔煉、保溫、透熱、感應加熱熱處理等各種領(lǐng)域,其功率可以從幾千瓦到上萬(wàn)千瓦。串聯(lián)逆變器廣泛應用于熔煉——保溫的一拖二爐組以及高Q值高頻率的感應加熱場(chǎng)合,其功率可以從幾千瓦到幾千千瓦。目前我國工業(yè)上采用的變頻電源90%以上屬并聯(lián)變頻電源。

(一)串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區別一

從負載諧振方式劃分,可以為并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器兩大類(lèi)型,下面列出串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的主要技術(shù)特點(diǎn)及其比較:串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的差別,源于它們所用的振蕩電路不同,前者是用L、R和C串聯(lián),后者是L、R和C并聯(lián)。

串聯(lián)逆變器的負載電路對電源呈現低阻抗,要求由電壓源供電。因此,經(jīng)整流和濾波的直流電源末端,必須并接大的濾波電容器。當逆變失敗時(shí),浪涌電流大,保護困難。并聯(lián)逆變器的負載電路對電源呈現高阻抗,要求由電流源供電,需在直流電源末端串接大電抗器。但在逆變失敗時(shí),由于電流受大電抗限制,沖擊不大,較易保護。

(二)串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區別一

1、串聯(lián)逆變器的輸入電壓恒定,輸出電壓為矩形波,輸出電流近似正弦波,換流是在晶閘管上電流過(guò)零以后進(jìn)行,因而電流總是超前電壓一φ角。

并聯(lián)逆變器的輸入電流恒定,輸出電壓近似正弦波,輸出電流為矩形波,換流是在諧振電容器上電壓過(guò)零以前進(jìn)行,負載電流也總是越前于電壓一φ角。這就是說(shuō),兩者都是工作在容性負載狀態(tài)。

2、串聯(lián)逆變器是恒壓源供電,為避免逆變器的上、下橋臂晶閘管同時(shí)導通,造成電源短路,換流時(shí),必須保證先關(guān)斷,后開(kāi)通。即應有一段時(shí)間(t)使所有晶閘管(其它電力電子器件)都處于關(guān)斷狀態(tài)。此時(shí)的雜散電感,即從直流端到器件的引線(xiàn)電感上產(chǎn)生的感生電勢,可能使器件損壞,因而需要選擇合適的器件的浪涌電壓吸收電路。此外,在晶閘管關(guān)斷期間,為確保負載電流連續,使晶閘管免受換流電容器上高電壓的影響,必須在晶閘管兩端反并聯(lián)快速二極管。

并聯(lián)逆變器是恒流源供電,為避免濾波電抗Ld上產(chǎn)生大的感生電勢,電流必須連續。也就是說(shuō),必須保證逆變器上、下橋臂晶閘管在換流時(shí),是先開(kāi)通后關(guān)斷,也即在換流期間(tγ)內所有晶閘管都處于導通狀態(tài)。這時(shí),雖然逆變橋臂直通,由于Ld足夠大,也不會(huì )造成直流電源短路,但換流時(shí)間長(cháng),會(huì )使系統效率降低,因而需縮短tγ,即減小Lk值。

(三)串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區別三

1、串聯(lián)逆變器的工作頻率必須低于負載電路的固有振蕩頻率,即應確保有合適的t時(shí)間,否則會(huì )因逆變器上、下橋臂直通而導致?lián)Q流的失敗。并聯(lián)逆變器的工作頻率必須略高于負載電路的固有振蕩頻率,以確保有合適的反壓時(shí)間t,否則會(huì )導致晶閘管間換流失敗;但若高得太多,則在換流時(shí)晶閘管承受的反向電壓會(huì )太高,這是不允許的。

2、串聯(lián)逆變器的功率調節方式有二:改變直流電源電壓Ud或改變晶閘管的觸發(fā)頻率,即改變負載功率因數cosφ。并聯(lián)逆變器的功率調節方式,一般只能是改變直流電源電壓Ud。改變cosφ雖然也能使逆變輸出電壓升高和功率增大,但所允許調節范圍小。

3、串聯(lián)逆變器在換流時(shí),晶閘管是自然關(guān)斷的,關(guān)斷前其電流已逐漸減小到零,因而關(guān)斷時(shí)間短,損耗小。在換流時(shí),關(guān)斷的晶閘管受反壓的時(shí)間(t+tγ)較長(cháng)。

(四)串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區別四

并聯(lián)逆變器在換流時(shí),晶閘管是在全電流運行中被強迫關(guān)斷的,電流被迫降至零以后還需加一段反壓時(shí)間,因而關(guān)斷時(shí)間較長(cháng)。相比之下,串聯(lián)逆變器更適宜于在工作頻率較高的感應加熱裝置中使用。

1、串聯(lián)逆變器的晶閘管所需承受的電壓較低,用380V電網(wǎng)供電時(shí),采用1200V的晶閘管就行,但負載電路的全部電流,包括有功和無(wú)功分量,都需流過(guò)晶閘管。逆變晶閘管丟失脈沖,只會(huì )使振蕩停止,不會(huì )造成逆變顛覆。

并聯(lián)逆變器的晶閘管所需承受的電壓高,其值隨功率因數角φ增大,而迅速增加。但負載本身構成振蕩電流回路,只有有功電流流過(guò)逆變晶閘管,而且逆變晶閘管偶而丟失觸發(fā)脈沖時(shí),仍可維持振蕩,工作比較穩定。

2、串聯(lián)逆變器可以自激工作,也可以他激工作。他激工作時(shí),只需改變逆變觸發(fā)脈沖頻率,即可調節輸出功率;而并聯(lián)逆變器一般只能工作在自激狀態(tài)。

3、在串聯(lián)逆變器中,晶閘管的觸發(fā)脈沖不對稱(chēng),不會(huì )引入直流成分電流而影響正常運行;而在并聯(lián)逆變器中,逆變晶閘管的觸發(fā)脈沖不對稱(chēng),則會(huì )引入直流成分電流而引起故障。

(五)串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振區別五

1、串聯(lián)逆變器起動(dòng)容易,適用于頻繁起動(dòng)工作的場(chǎng)合;而并聯(lián)逆變器需附加起動(dòng)電路,起動(dòng)較為困難。

2、串聯(lián)逆變器中的晶閘管由于承受矩形波電壓,故du/dt值較大,吸收電路起著(zhù)關(guān)鍵作用,而對其di/dt要求則較低。在并聯(lián)逆變器中,流過(guò)逆變晶閘管的電流是矩形波,因而要求大的di/dt,而對du/dt的要求則低一些。

3、串聯(lián)逆變器的感應加熱線(xiàn)圈與逆變電源(包括槽路電容器)的距離遠時(shí),對輸出功率的影響較小。如果采用同軸電纜或將來(lái)回線(xiàn)盡量靠近(扭絞在一起更好)敷設,則幾乎沒(méi)有影響。而對并聯(lián)逆變器來(lái)說(shuō),感應加熱線(xiàn)圈應盡量靠近電源(特別是槽路電容器),否則功率輸出和效率都會(huì )大幅度降低。

4、串聯(lián)逆變器感應線(xiàn)圈上的電壓和槽路電容器上的電壓,都為逆變器輸出電壓的Q倍,流過(guò)感應線(xiàn)圈上的電流,等于逆變器的輸出電流。并聯(lián)逆變器的感應線(xiàn)圈和槽路電容器上的電壓,都等于逆變器的輸出電壓,而流過(guò)它們的電流,則都是逆變器輸出電流的Q倍。

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