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串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振比較

目前用于鋼管加熱的中頻電源逆變電 路部分,主要采用的是并聯(lián)逆變電路,而對串聯(lián)諧振逆變電路的研究相對較少。下面就比較分析串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的工作特性來講解串聯(lián)諧振式中頻電源。

1.功率因數(shù)及無功損耗

并聯(lián)諧振式中頻電源采用了三相全控整流器, 其輸出功率的大小是通過改變整流器的輸出電壓來 調(diào)整的。而整流器的輸出電壓是通過改變可控硅控 制角 α 來實現(xiàn)。

根據(jù)式(1)和式(6)可知:α 值越大,直流電壓就越低,同時整流器的功率因數(shù)也越低。電源在運行時,根據(jù)加熱工藝要求的不同及負載阻抗的變 化,很難做到 cos α=1。也就是說,并聯(lián)諧振中頻 電源在運行時很可能會因功率因數(shù)低而形成較大的 無功損耗。

串聯(lián)諧振式中頻電源無論采用三相不可控整流 器還是采用三相半控整流器,其輸出功率是通過改 變逆變器的諧振頻率來調(diào)整的。整流器的輸出電 壓始終是 cos α=1 狀態(tài)運行,無論電源的輸出功 率高低,整流器的功率因數(shù)均為 λ≈0.955cos α≈0.955。

由此可見,串聯(lián)諧振式中頻電源運行時的功率 因數(shù)是不受負載變化和功率變化所影響的,高功率 因數(shù)和低無功損耗為其帶來節(jié)電效果。通過大量試 驗表明:串聯(lián)諧振式中頻電源比并聯(lián)諧振式中頻電 源的節(jié)電效率高達 10%~20%(負載變化及工藝標準 不同,節(jié)電效率也就不同)。

2.諧波分量

于并聯(lián)諧振整流控制角 α 的變化,整流輸出 電壓脈動較大。當 α∧60° 后電壓波形不再連續(xù), 整流可控硅換流過程中殘缺角會吸收電網(wǎng)正弦波,造成電網(wǎng)波形缺角,產(chǎn)生大量的 n=6k±1 次諧波分量,其中 5 次、7 次、11 次諧波電流含量分別 占基波電流的 20%、11%、6%,這對于小功率的 用戶而言影響不大,但對于大功率的用戶來說危害 就很大,對于中頻用戶,若用常規(guī)的無功補償就無 法進行,有的用戶用常規(guī)的電容器作無功補償,但 無法投入電容器,即便能投入,已對 5 次諧波電流 放大了 1.8~3.8 倍以上,使電機、變壓器等用電設 備的銅損、鐵損明顯增加,縮短了設備的使用壽 命,用電成本大幅上升。如果采用 LC 有源濾波器 進行濾波,濾波器的成本會接近甚至大于中頻電源 的成本。

串聯(lián)諧振的整流器采用不可控整流方式,啟動 工作后始終以最大電壓輸出,整流器后端又加上大 容量濾波電容,輸出的直流電壓是一條直線,因此 其產(chǎn)生的諧波分量很小,幾乎可以忽略不計。所以 既不需要無功補償,也不需要高昂的濾波設備。

3.諧振電流

并聯(lián)諧振時感應器上的諧振電流是中頻輸出電流的 Q 倍(Q 為負載的品質(zhì)因數(shù)),串聯(lián)諧振時電容 電壓是中頻輸出電壓的 Q 倍;因此并聯(lián)諧振的諧 振電流遠遠大于串聯(lián)諧振,大電流造成線路熱損耗 也是不可忽略的。

4.制造成本

并聯(lián)諧振結構相對簡單,制造成本較低,而串 聯(lián)諧振采用的電器件數(shù)量較多,結構相對復雜,制造成本高于并聯(lián)諧振。

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