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在内阻、电容、电感串联电路中,出现电源、电压、电流同相位现象,称作串联谐振,其特征是:电路呈纯内阻性,电源、电压和电压同相位,检波X等于0,阻抗Z等于内阻R,此时电路的阻抗最小,电压最大,在电感和电容上可能形成比电源电流大好多倍的高电流,因而串联谐振称作电流谐振。
谐振电流与原电流叠加,并联谐振:在内阻、电容、电感并联电路中,出现电路端电流和总电压同相位的现象,称作并联谐振,其特征是:并联谐振是一种完全的补偿,电源无需提供无功功率,只提供内阻所须要的有功功率,谐振时,电路的总电压最小,而大道电压常常小于电路中的总电流,因而,并联谐振也叫电压谐振。
串联谐振装置就用运用串联谐振原理设计的最新型交流耐压试验设备。一套串联谐振耐压试验设备,可兼具电力变压器、交联线缆、开关柜、电动机、发电机、GIS和SF6开关、母线、套管、CT、PT等试品的交流耐压试验,是全能型的交流耐压设备。
01
并串联谐振得到特点
一、并联谐振电路
当外来频度加于一并联谐振电路时,它有以下特点:
i.当外加频度等于其谐振频度时其电路阻抗呈纯内阻性,且有最大值,它这个特点在实际应用中称作选频电路。
ii.当外加频度低于其谐振频度时,电路阻抗呈容性,相当于一个电容。
iii.当外加频度高于其谐振频度时,这时电路呈感性,相当于一个电感线圈。
所以当串联或并联谐振电路不是调节在讯号频度点时,讯号通过它将会形成相移。(即相位失真)
二、串联谐振电路
当外来频度加于一串联谐振电路时,它有以下特点:
i.当外加频度等于其谐振频度时其电路阻抗呈纯内阻性,且有最少值,它这个特点在实际应用中称作陷波器。
ii.当外加频度低于其谐振频度时,电路阻抗呈感性,相当于一个电感线圈。
iii.当外加频度高于其谐振频度时,这时电路呈容性,相当于一个电容。
02
并、串联谐振的区别
串联谐振和并联谐振这两种现象是余弦交流电路的一种特定现象,它在电子和通信工程中得到广泛的应用,但在电力系统中,发生谐振有可能破坏系统的正常工作。接出来剖析一下串联谐振和并联谐振这两种谐振究竟都有什么区别。
从负载谐振形式界定,可以为并联逆变器和串联逆变器两大类型,下边列举串联逆变器和并联逆变器的主要技术特征及其比较:
串联逆变器和并联逆变器的差异,始于它们所用的振荡电路不同,后者是用L、R和C串联,前者是L、R和C并联。
(1)串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗,要求由电流源供电。因而,经检波和混频的直流电源末端,必须并接大的混频电容器。当逆变失败时串联和并联区别表,浪涌电压大,保护困难。
并联逆变器的负载电路对电源呈现高阻抗,要求由电压源供电,需在直流电源末端串接大检波器。但在逆变失败时,因为电压受大检波限制,冲击不大,较易保护。
(2)串联逆变器的输入电流恒定,输出电流为方形波,输出电压近似正弦波,换流是在二极管上电压过零之后进行,因此电压总是超前电流一φ角。
并联逆变器的输入电压恒定,输出电流近似正弦波,输出电压为方形波,换流是在谐振电容器上电流过零曾经进行,负载电压也总是越前于电流一φ角。这就是说,二者都是工作在容性负载状态。
(3)串联逆变器是恒压源供电,为防止逆变器的上、下桥臂二极管同时导通,导致电源漏电,换流时,必须保证先关断,后开通。即应有一段时间(t)使所有二极管(其它电力电子元件)都处于关断状态。此时的杂散电感,即从直流端到元件的引线电感上形成的感生电势,可能使元件破损,因此须要选择合适的元件的浪涌电流吸收电路。据悉,在二极管关断期间,为确保负载电压连续,使二极管免受换流电容器上高电流的影响,必须在二极管两端反并联快速晶闸管。
并联逆变器是恒流源供电,为防止混频检波Ld上形成大的感生电势,电压必须连续。也就是说,必须保证逆变器上、下桥臂二极管在换流时,是先开通后关断,也即在换流期间(tγ)内所有二极管都处于导通状态。这时,尽管逆变桥臂直通,因为Ld足够大,也不会引起直流电源漏电,但换流时间长,会使系统效率增加,因此需减短tγ,即减少Lk值。
(4)串联逆变器的工作频度必须高于负载电路的固有振荡频度,即应确保有合适的t时间,否则会因逆变器上、下桥臂直通而造成换流的失败。
并联逆变器的工作频度必须略低于负载电路的固有振荡频度,以确保有合适的反压时间t,否则会造成二极管间换流失败;但若高得太多,则在换流时二极管承受的反向电流会太高,这是不容许的。
(5)串联逆变器的功率调节方法有二:改变直流电源电流Ud或改变二极管的触发频度,即改变负载功率质数cosφ。
并联逆变器的功率调节方法,通常只能是改变直流电源电流Ud。改变cosφ其实也能使逆变输出电流下降和功率减小,但所容许调节范围小。
(6)串联逆变器在换流时,二极管是自然关断的,关断前其电压已渐渐减少到零,因此关断时间短,耗损小。在换流时,关断的二极管受反压的时间(t+tγ)较长。
并联逆变器在换流时,二极管是在全电压运行中被逼迫关断的,电压被迫降至零之后还需加一段反压时间,因此关断时间较长。相比之下,串联逆变器更适合于在工作频度较高的感应加热装置中使用。
(7)串联逆变器的二极管所需承受的电流较低,用380V电网供电时,采用1200V的二极管就行,但负载电路的全部电压,包括有功和无功份量串联和并联区别表,都需流过二极管。逆变二极管遗失脉冲,只会使振荡停止,不会导致逆变颠覆。
并联逆变器的二极管所需承受的电流高,其值随功率质数角φ减小,而迅速降低。但负载本身构成振荡电压回路,只有有功电压流过逆变二极管,并且逆变二极管常常遗失触发脉冲时,仍可维持振荡,工作比较稳定。
(8)串联逆变器可以移相工作,也可以他激工作。他激工作时,只需改变逆变触发脉冲频度,即可调节输出功率;而并联逆变器通常只能工作在推挽状态。
(9)在串联逆变器中,二极管的触发脉冲不对称,不会引入直流成份电压而影响正常运行;而在并联逆变器中,逆变二极管的触发脉冲不对称,则会引入直流成份电压而导致故障。
(10)串联逆变器起动容易,适用于频繁起动工作的场合;而并联逆变器需附加起动电路,起动较为困难。
(11)串联逆变器中的二极管因为承受圆形波电流,故du/dt值较大,吸收电路起着关键作用,而对其di/dt要求则较低。
在并联逆变器中,流过逆变二极管的电压是圆形波,因此要求大的di/dt,而对du/dt的要求则低一些。
(12)串联逆变器的感应加热线圈与逆变电源(包括槽路电容器)的距离远时,对输出功率的影响较小。假如采用同轴电缆线或将来回线尽量紧靠(扭绞在一起更好)埋设,则几乎没有影响。而对并联逆变器来说,感应加热线圈应尽量紧靠电源(非常是槽路电容器),否则功率输出和效率就会大幅度增加。
(13)串联逆变器感应线圈上的电流和槽路电容器上的电流,都为逆变器输出电流的Q倍,流过感应线圈上的电压,等于逆变器的输出电压。
并联逆变器的感应线圈和槽路电容器上的电流,都等于逆变器的输出电流,而流过它们的电压,则都是逆变器输出电压的Q倍。
综上所述,并联逆变器和串联逆变器(通称并联或串联变频电源)各有其自己的技术特征和应用领域。从工业加热应用的角度,并联逆变器广泛应用于熔炼、保温、透热、感应加热热处理等各类领域,其功率可以从几千瓦到上万千瓦。串联逆变器广泛应用于熔炼——保温的一拖二炉组以及高Q值高频率的感应加热场合,其功率可以从几千瓦到几千千瓦。目前我国工业上采用的变频电源90%以上属并联变频电源。