В последовательной цепи резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности явление возникновения мощности, напряжения, тока и фазы называетсяпоследовательный резонанс. Его характеристики: цепь чистого сопротивления, в которой мощность, напряжение и ток имеют фазы, реактивное сопротивление X равно нулю, полное сопротивление Z равно сопротивлению R, а минимальный импеданс, ток, максимальная индуктивность и емкость цепи могут генерировать напряжения, во много раз превышающие напряжение источника питания и высокое напряжение. Поэтому последовательный резонанс также известен как резонанс напряжения.
Резонансное напряжение накладывается на исходное напряжение и параллельный резонанс: в параллельной цепи резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности демонстрируют фазовое явление между напряжением и общим током цепи, которое называется параллельным резонансом. Его особенностью является то, что параллельный резонанс представляет собой полностью компенсированный метод, который не требует реактивной мощности, а обеспечивает только мощность, необходимую для резистора активной мощности, создавая резонанс для минимизации общего тока цепи, а ток ветви обычно больше, чем общий ток в цепи. Поэтому параллельный резонанс также известен как резонанс токов.
Характеристики и различия между последовательный резонанс и параллельный резонанс:
1. Режим резонанса нагрузки можно разделить на два типа: параллельный инвертор и последовательный инвертор. Основные технические характеристики и различия между последовательным инвертором и параллельным инвертором заключаются в следующем:
Разница между последовательными и параллельными инверторами заключается в различных используемых ими колебательных контурах: первый включен последовательно с L, R и C, а второй параллельно с L, R и C.
(1) Цепь нагрузки последовательного инвертора имеет низкое сопротивление по отношению к источнику питания и требует питания от источника напряжения. Поэтому выпрямленный и отфильтрованный источник питания постоянного тока должен быть подключен к фильтрующему конденсатору большой емкости. При неисправности инвертора возникает большой импульсный ток, что затрудняет защиту.
Цепь нагрузки параллельного инвертора имеет высокий импеданс по отношению к источнику питания и требует источника тока для его обеспечения. Однако в случае отказа инвертора ток будет ограничен высоким реактивным сопротивлением, которое оказывает небольшое влияние и его легко защитить.
(2) Входное напряжение последовательного инвертора постоянно, а выходное напряжение представляет собой прямоугольную волну. Выходной ток имеет примерно синусоидальную форму, и преобразователь всегда опережает угловое напряжение после того, как ток тиристора равен нулю.
Входной ток параллельного инвертора постоянен, выходное напряжение имеет примерно синусоидальную форму, а выходной ток представляет собой прямоугольную волну. Прежде чем напряжение резонансного конденсатора пересечет ноль, ток нагрузки преобразователя всегда находится перед углом напряжения. Другими словами, оба работают под емкостными нагрузками.
(3) Последовательный инвертор представляет собой источник питания постоянного напряжения. Во избежание одновременного проведения тиристоров на верхнем и нижнем плечах моста инвертора, что может вызвать короткое замыкание в источнике питания инвертора, необходимо обеспечить его сначала выключение, а затем включение. То есть все тиристоры (другие силовые электронные устройства) должны быть выключены на период времени (t). Паразитная индуктивность, которая относится к наведенному потенциалу, создаваемому индуктивностью от клеммы постоянного тока к проводу оборудования, может повредить оборудование, поэтому необходимо выбрать подходящую схему поглощения перенапряжения для оборудования. Кроме того, чтобы гарантировать непрерывность тока нагрузки и отсутствие воздействия на тиристор высокого напряжения на конденсаторе преобразователя в период выключения тиристора, на обоих концах тиристора должен быть установлен встречно-параллельный быстродействующий диод.
Параллельный инвертор представляет собой источник питания постоянного тока. Чтобы избежать большого наведенного потенциала, создаваемого реактивным сопротивлением фильтра Ld, ток должен быть непрерывным. Другими словами, необходимо обеспечить, чтобы тиристоры на верхнем и нижнем плечах моста инвертора сначала включались, а затем выключались в течение периода преобразователя, то есть все тиристоры в течение периода преобразователя (t) находились в проводящем состоянии. В этот момент, хотя плечо инверторного моста подключено напрямую, Ld достаточно велико, чтобы не вызвать короткое замыкание в источнике питания постоянного тока. Однако длительное время коммутации снизит эффективность системы, поэтому необходимо укоротить t-гамму, то есть уменьшить значение Lk.
(4) Рабочая частота последовательного инвертора должна быть ниже собственной частоты колебаний цепи нагрузки, то есть для обеспечения соответствующего времени. В противном случае из-за прямого соединения верхней и нижней частей инвертор выйдет из строя. Мостовое плечо инвертора.
Рабочая частота параллельного инвертора должна быть немного выше собственной частоты колебаний цепи нагрузки, чтобы обеспечить соответствующее время обратного напряжения t, в противном случае это приведет к неисправности тиристорного преобразователя. Однако если оно слишком велико, обратное напряжение тиристора в процессе преобразователя будет слишком высоким, что не допускается.
(5) Для последовательных инверторов существует два метода регулирования мощности: изменение напряжения источника постоянного тока Ud или изменение частоты срабатывания тиристора, т. е. изменение коэффициента мощности нагрузки cos.
Режим регулирования мощности параллельных инверторов может изменять только напряжение источника постоянного тока Ud, а изменение cos phi также увеличит выходное напряжение и мощность инвертора, но допустимый диапазон регулировки очень мал.
(6) В преобразователе последовательного инвертора тиристор естественным образом отключается. Перед выключением ток постепенно уменьшается до нуля, поэтому время выключения короткое, а потери небольшие. В период коммутации тиристор имеет большее время выключения (t+t -).
В преобразователе параллельного инвертора тиристор вынужден отключаться при работе на полном токе. После того, как ток вынужден упасть до нуля, требуется период времени обратного напряжения, поэтому время выключения увеличивается. Напротив, последовательные инверторы больше подходят для оборудования индукционного нагрева с более высокими рабочими частотами.
(7) Тиристоры последовательного инвертора должны выдерживать более низкие напряжения. При использовании сети напряжением 380 В для питания следует использовать тиристоры на 1200 В. Однако все токи в цепи нагрузки, включая активную и реактивную составляющие мощности, должны протекать через тиристор. Если тиристор инвертора потеряет импульс, это только остановит колебания и не приведет к опрокидыванию инвертора.
Кристаллический затвор параллельного инвертора должен выдерживать высокое напряжение, и его значение быстро возрастает с увеличением угла коэффициента мощности. Однако сама нагрузка образует колебательную токовую петлю. Через тиристор инвертора протекает только активный ток, и когда тиристор инвертора время от времени теряет импульс запуска, он все равно может поддерживать колебания и работать относительно стабильно.
(8) Последовательные инверторы могут иметь само-или самовозбуждение-. Выходную мощность можно регулировать путем изменения частоты импульсов запуска инвертора. Параллельные инверторы могут работать только в состоянии самовозбуждения.
(9) В последовательном инверторе импульс запуска тиристора асимметричен и не вносит постоянную составляющую тока, влияющую на нормальную работу. Однако в параллельных инверторах импульс запуска тиристора инвертора асимметричен, что может привести к появлению постоянной составляющей тока и вызвать неисправности.
(10) Серийный преобразователь частоты легко запускается и подходит для работы в условиях частого запуска; Параллельные инверторы требуют дополнительных пусковых цепей, запуск которых затруднен.
(11) Из-за прямоугольного напряжения, передаваемого тиристорами в последовательном инверторе, значение du/dt относительно велико, и цепь поглощения играет ключевую роль, в то время как требования к di/dt относительно невелики. В параллельных инверторах ток, протекающий через тиристоры инвертора, имеет прямоугольную форму, поэтому требуется большее значение di/dt и меньшее значение du/dt.
(12) Когда расстояние между катушкой индукционного нагрева последовательного инвертора и мощностью инвертора (включая канальные конденсаторы) большое, влияние на выходную мощность невелико. Если используются коаксиальные кабели или спиральные провода расположены как можно ближе (лучше скручены между собой), эффект незначителен. Для параллельных инверторов катушку индукционного нагрева следует размещать как можно ближе к источнику питания (особенно к канальному конденсатору), в противном случае это значительно снизит выходную мощность и эффективность.
(13) Напряжение на индукционной катушке последовательного инвертора и напряжение на зазорном конденсаторе в Q раз превышают выходное напряжение инвертора, а ток, протекающий через индукционную катушку, равен выходному току инвертора.
Напряжение на индукционной катушке и промежуточном конденсаторе параллельного инвертора равно выходному напряжению инвертора, а ток, протекающий через них, в Q раз превышает выходной ток инвертора.
Таким образом, параллельные и последовательные инверторы (обычно называемые параллельными или последовательными инверторными источниками питания) имеют свои собственные технические характеристики и области применения. С точки зрения промышленного нагрева, параллельные инверторы широко используются в плавке, изоляции, теплопередаче, индукционном нагреве и других областях с диапазоном мощности от нескольких киловатт до десятков тысяч киловатт. Последовательные инверторы широко используются для изоляции, а также для обеспечения высокой добротности и высокочастотного индукционного нагрева в плавильных установках, в одной-двух печах, с диапазоном мощности от нескольких киловатт до нескольких тысяч киловатт. В настоящее время более 90% источников питания с регулируемой частотой, используемых в промышленном секторе Китая, представляют собой параллельные источники питания с регулируемой частотой.