W obwodzie szeregowym rezystorów, kondensatorów i cewek indukcyjnych zjawisko mocy, napięcia, prądu i fazy nazywa sięrezonans szeregowy. Jego charakterystyka to: czysty obwód oporowy, w którym moc, napięcie i prąd mają fazy, reaktancja X jest równa zeru, impedancja Z jest równa rezystancji R, a minimalna impedancja, prąd, maksymalna indukcyjność i pojemność obwodu może generować napięcia wielokrotnie większe niż napięcie zasilania i wysokie napięcie. Dlatego rezonans szeregowy jest również znany jako rezonans napięciowy.
Napięcie rezonansowe nakłada się na napięcie pierwotne i rezonans równoległy: w obwodzie równoległym rezystory, kondensatory i cewki indukcyjne wykazują zjawisko fazowe pomiędzy napięciem a całkowitym prądem obwodu, które nazywa się rezonansem równoległym. Jego cechą charakterystyczną jest to, że rezonans równoległy jest metodą w pełni kompensowaną, która nie wymaga mocy biernej, a jedynie zapewnia moc wymaganą przez rezystor mocy czynnej, generując rezonans w celu zminimalizowania całkowitego prądu obwodu, a prąd rozgałęziony jest zwykle większy niż całkowity prąd w obwodzie. Dlatego rezonans równoległy jest również znany jako rezonans prądowy.
Charakterystyka i różnice między rezonans szeregowy i rezonans równoległy:
1. Tryb rezonansu obciążenia można podzielić na dwa typy: falownik równoległy i falownik szeregowy. Główne cechy techniczne i różnice między falownikiem szeregowym a falownikiem równoległym są następujące:
Różnica między falownikami szeregowymi a falownikami równoległymi polega na różnych używanych przez nie obwodach oscylacyjnych, przy czym pierwszy jest połączony szeregowo z L, R i C, a drugi równolegle z L, R i C.
(1) Obwód obciążenia falownika szeregowego ma niską impedancję w stosunku do źródła zasilania i musi być zasilany ze źródła napięcia. Dlatego wyprostowany i filtrowany zacisk zasilania prądem stałym musi być podłączony do dużego kondensatora filtrującego. W przypadku nieprawidłowego działania falownika występuje duży prąd udarowy, co utrudnia ochronę.
Obwód obciążenia falownika równoległego charakteryzuje się dużą impedancją w stosunku do źródła zasilania i wymaga źródła prądu, aby ją zapewnić. Jednak w przypadku awarii falownika prąd będzie ograniczony przez dużą reaktancję, która ma niewielki wpływ i jest łatwa do zabezpieczenia.
(2) Napięcie wejściowe falownika szeregowego jest stałe, a napięcie wyjściowe ma kształt fali prostokątnej. Prąd wyjściowy jest w przybliżeniu sinusoidalny, a konwerter zawsze prowadzi pod napięciem kątowym, gdy prąd tyrystora wynosi zero.
Prąd wejściowy falownika równoległego jest stały, napięcie wyjściowe jest w przybliżeniu sinusoidalne, a prąd wyjściowy jest falą prostokątną. Zanim napięcie kondensatora rezonansowego przekroczy zero, prąd obciążenia przetwornika zawsze znajduje się przed kątem napięcia. Innymi słowy, oba działają pod obciążeniem pojemnościowym.
(3) Falownik szeregowy jest źródłem zasilania o stałym napięciu. Aby uniknąć jednoczesnego przewodzenia tyrystorów na górnym i dolnym ramieniu mostka falownika, co może spowodować zwarcie w zasilaniu falownika, należy najpierw upewnić się, że jest on wyłączony, a następnie włączony. Oznacza to, że wszystkie tyrystory (inne urządzenia energoelektroniczne) powinny być wyłączone na pewien czas (t). Indukcyjność rozproszenia, która odnosi się do potencjału indukowanego generowanego przez indukcyjność od zacisku prądu stałego do przewodu urządzenia, może uszkodzić sprzęt, dlatego konieczne jest wybranie odpowiedniego obwodu pochłaniającego napięcie udarowe dla urządzenia. Dodatkowo, aby zapewnić ciągłość prądu obciążenia i brak wpływu wysokiego napięcia na kondensatorze przetwornicy w czasie wyłączenia tyrystora na tyrystor, na obu końcach tyrystora musi znajdować się antyrównoległa szybka dioda.
Falownik równoległy jest źródłem prądu stałego. Aby uniknąć dużego potencjału indukowanego generowanego przez reaktancję filtra Ld, prąd musi być ciągły. Innymi słowy, należy zadbać o to, aby tyrystory na górnym i dolnym ramieniu mostka falownika były najpierw włączane, a następnie wyłączane w okresie przetwornicy, to znaczy, że wszystkie tyrystory znajdowały się w stanie przewodzącym w okresie przetwornicy (t). W tym momencie, chociaż ramię mostka falownika jest podłączone bezpośrednio, Ld jest wystarczająco duży, aby nie spowodować zwarcia w zasilaczu prądu stałego. Jednakże długi czas komutacji obniży sprawność układu, dlatego konieczne jest skrócenie t-gamma, czyli zmniejszenie wartości Lk.
(4) Częstotliwość robocza falownika szeregowego musi być niższa niż częstotliwość drgań własnych obwodu obciążenia, to znaczy, aby zapewnić odpowiedni czas. W przeciwnym razie, z powodu bezpośredniego połączenia części górnej i dolnej, falownik będzie działać nieprawidłowo. Ramię mostka falownika.
Częstotliwość robocza falownika równoległego musi być nieco wyższa niż częstotliwość drgań własnych obwodu obciążenia, aby zapewnić odpowiedni czas napięcia wstecznego t, w przeciwnym razie spowoduje to uszkodzenie przetwornicy tyrystorowej. Jeśli jednak będzie za duża, to napięcie wsteczne tyrystora podczas przetwornicy będzie za duże, co jest niedopuszczalne.
(5) Istnieją dwie metody regulacji mocy falowników szeregowych: zmiana napięcia zasilania prądem stałym Ud lub zmiana częstotliwości wyzwalania tyrystora, czyli zmiana współczynnika mocy obciążenia cos.
Tryb regulacji mocy falowników równoległych może jedynie zmieniać napięcie zasilania prądem stałym Ud, a zmiana cos phi spowoduje również zwiększenie napięcia wyjściowego i mocy falownika, ale dopuszczalny zakres regulacji jest bardzo mały.
(6) W konwerterze falownika szeregowego tyrystor naturalnie się wyłącza. Przed wyłączeniem prąd stopniowo maleje do zera, więc czas wyłączenia jest krótki, a straty niewielkie. W okresie komutacji tyrystor ma dłuższy czas wyłączenia (t+t -).
W konwerterze falownika równoległego tyrystor jest zmuszony do wyłączenia podczas pracy z pełnym prądem. Po tym, jak prąd zostanie zmuszony do spadku do zera, wymagany jest okres czasu napięcia wstecznego, więc czas wyłączenia jest dłuższy. Natomiast falowniki szeregowe są bardziej odpowiednie dla urządzeń nagrzewających indukcyjnych o wyższych częstotliwościach roboczych.
(7) Tyrystory falownika szeregowego muszą wytrzymywać niższe napięcia. W przypadku wykorzystania do zasilania sieci energetycznej 380V należy zastosować tyrystory 1200V. Jednakże wszystkie prądy w obwodzie obciążenia, w tym składniki mocy czynnej i biernej, powinny przepływać przez tyrystor. Jeśli tyrystor falownika straci impuls, spowoduje to jedynie zatrzymanie oscylacji i nie spowoduje przewrócenia się falownika.
Bramka kryształowa falownika równoległego musi wytrzymać wysokie napięcie, a jego wartość szybko rośnie wraz ze wzrostem współczynnika mocy Kąt. Jednak samo obciążenie utworzy oscylującą pętlę prądową. Przez tyrystor falownika przepływa tylko prąd czynny, a gdy tyrystor falownika czasami traci impuls wyzwalający, może nadal utrzymywać oscylacje i pracować stosunkowo stabilnie.
(8) Falowniki szeregowe mogą być samo-samowzbudne lub-samowzbudne. Moc wyjściową można regulować poprzez zmianę częstotliwości impulsów wyzwalających falownik. Falowniki równoległe mogą pracować tylko w stanie samowzbudzenia.
(9) W falowniku szeregowym impuls wyzwalający tyrystora jest asymetryczny i nie wprowadza prądu składowego stałego, który miałby wpływ na normalne działanie. Jednakże w falownikach równoległych impuls wyzwalający tyrystora falownika jest asymetryczny, co może wprowadzić prąd składowy stały i spowodować błędy.
(10) Szeregowa przetwornica częstotliwości jest łatwa do uruchomienia i odpowiednia do środowisk pracy z częstym rozruchem; Falowniki pracujące równolegle wymagają dodatkowych obwodów rozruchowych, które są trudne do uruchomienia.
(11) Ze względu na napięcie fali prostokątnej przenoszone przez tyrystory w falowniku szeregowym, wartość du/dt jest stosunkowo duża, a obwód absorpcyjny odgrywa kluczową rolę, podczas gdy wymagania di/dt są stosunkowo niskie. W falownikach równoległych prąd płynący przez tyrystory falownika ma kształt fali prostokątnej, dlatego wymagane są większe di/dt i mniejsze du/dt.
(12) Gdy odległość między indukcyjną cewką grzejną falownika szeregowego a mocą falownika (w tym kondensatorami kanałowymi) jest duża, wpływ na moc wyjściową jest niewielki. W przypadku zastosowania kabli koncentrycznych lub ułożenia drutów spiralnych jak najbliżej siebie (lepiej skręconych) efekt nie jest znaczący. W przypadku falowników równoległych indukcyjną cewkę grzejną należy umieścić jak najbliżej źródła zasilania (zwłaszcza kondensatora kanałowego), w przeciwnym razie znacznie zmniejszy to moc wyjściową i wydajność.
(13) Napięcie na cewce indukcyjnej falownika szeregowego i napięcie na kondensatorze szczelinowym są Q razy większe od napięcia wyjściowego falownika, a prąd przepływający przez cewkę indukcyjną jest równy prądowi wyjściowemu falownika.
Napięcie na cewce indukcyjnej i kondensatorze szczelinowym falownika równoległego jest równe napięciu wyjściowemu falownika, a przepływający przez nie prąd jest Q razy większy od prądu wyjściowego falownika.
Podsumowując, falowniki równoległe i falowniki szeregowe (zwykle określane jako zasilacze falowników równoległych lub szeregowych) mają swoje własne właściwości techniczne i obszary zastosowań. Z punktu widzenia zastosowań w ogrzewaniu przemysłowym falowniki równoległe są szeroko stosowane w hutnictwie, izolacji, przenoszeniu ciepła, nagrzewaniu indukcyjnym i innych dziedzinach, w zakresie mocy od kilku kilowatów do dziesiątek tysięcy kilowatów. Falowniki szeregowe są szeroko stosowane w izolacji oraz w zastosowaniach związanych z nagrzewaniem indukcyjnym o wysokiej wartości Q i wysokiej-częstotliwości w hutnictwie, w jednym lub dwóch piecach, w zakresie mocy od kilku kilowatów do kilku tysięcy kilowatów. Obecnie ponad 90% zasilaczy o zmiennej częstotliwości stosowanych w chińskim sektorze przemysłowym to równoległe zasilacze o zmiennej częstotliwości.