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串联谐振、并联谐振二者比较

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  目前用于钢管加热的中频电源逆变电路部分,主要采用的是并联逆变电路,而对串联谐振逆变电路的研究相对较少。下面国电西高就从比较分析串联谐振、并联谐振的工作特性来讲解串联谐振式中频电源。

国电西高GDTF系列变电站变频串联谐振试验装置

 

  1.功率因数及无功损耗

  并联谐振式中频电源采用了三相全控整流器,其输出功率的大小是通过改变整流器的输出电压来调整的。而整流器的输出电压是通过改变可控硅控制角α来实现。

  根据式(1)和式(6)可知:α值越大,直流电压就越低,同时整流器的功率因数也越低。电源在运行时,根据加热工艺要求的不同及负载阻抗的变化,很难做到cosα=1。也就是说,并联谐振中频电源在运行时很可能会因功率因数低而形成较大的无功损耗。

  串联谐振式中频电源无论采用三相不可控整流器还是采用三相半控整流器,其输出功率是通过改变逆变器的谐振频率来调整的。整流器的输出电压始终是cosα=1状态运行,无论电源的输出功率高低,整流器的功率因数均为λ≈0.955cosα≈0.955。

  由此可见,串联谐振式中频电源运行时的功率因数是不受负载变化和功率变化所影响的,高功率因数和低无功损耗为其带来节电效果。通过大量试验表明:串联谐振式中频电源比并联谐振式中频电源的节电效率高达10%~20%(负载变化及工艺标准不同,节电效率也就不同)。

  2.谐波分量

  于并联谐振整流控制角α的变化,整流输出电压脉动较大。当α∧60°后电压波形不再连续,整流可控硅换流过程中残缺角会吸收电网正弦波,造成电网波形缺角,产生大量的n=6k±1次谐波分量,其中5次、7次、11次谐波电流含量分别占基波电流的20%、11%、6%,这对于小功率的用户而言影响不大,但对于大功率的用户来说危害就很大,对于中频用户,若用常规的无功补偿就无法进行,有的用户用常规的电容器作无功补偿,但无法投入电容器,即便能投入,已对5次谐波电流放大了1.8~3.8倍以上,使电机、变压器等用电设备的铜损、铁损明显增加,缩短了设备的使用寿命,用电成本大幅上升。國电西高如果采用LC有源滤波器进行滤波,滤波器的成本会接近甚至大于中频电源的成本。

  串联谐振的整流器采用不可控整流方式,启动工作后始终以最大电压输出,整流器后端又加上大容量滤波电容,输出的直流电压是一条直线,因此其产生的谐波分量很小,几乎可以忽略不计。所以既不需要无功补偿,也不需要高昂的滤波设备。

  3.谐振电流

  并联谐振时感应器上的谐振电流是中频输出电流的Q倍(Q为负载的品质因数),串联谐振时电容电压是中频输出电压的Q倍;因此并联谐振的谐振电流远远大于串联谐振,大电流造成线路热损耗也是不可忽略的。

  4.制造成本

  并联谐振结构相对简单,制造成本较低,而串联谐振采用的电器件数量较多,结构相对复杂,制造成本高于并联谐振。 

  

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