In einer Reihenschaltung von Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten wird das Phänomen des Auftretens von Leistung, Spannung, Strom und Phase genanntSerienresonanz. Seine Eigenschaften sind: ein reiner Widerstandsschaltkreis, bei dem Leistung, Spannung und Strom Phasen haben, der Blindwiderstand Daher wird die Serienresonanz auch als Spannungsresonanz bezeichnet.
Die Resonanzspannung überlagert sich mit der ursprünglichen Spannung und es kommt zur Parallelresonanz: In einer Parallelschaltung zeigen Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten ein Phasenphänomen zwischen der Spannung und dem Gesamtstrom der Schaltung, das als Parallelresonanz bezeichnet wird. Seine Besonderheit besteht darin, dass es sich bei der Parallelresonanz um eine vollständig kompensierte Methode handelt, die keine Blindleistung benötigt, sondern nur die vom Wirkleistungswiderstand benötigte Leistung liefert und so Resonanz erzeugt, um den Gesamtstrom des Stromkreises zu minimieren. Der Zweigstrom ist normalerweise größer als der Gesamtstrom im Stromkreis. Daher wird Parallelresonanz auch als Stromresonanz bezeichnet.
Eigenschaften und Unterschiede zwischen Serienresonanz und Parallelresonanz:
1. Der Lastresonanzmodus kann in zwei Typen unterteilt werden: Parallelwechselrichter und Reihenwechselrichter. Die wichtigsten technischen Merkmale und Unterschiede zwischen Reihenwechselrichter und Parallelwechselrichter sind wie folgt:
Der Unterschied zwischen Reihenwechselrichtern und Parallelwechselrichtern liegt in den unterschiedlichen Schwingkreisen, die sie verwenden, wobei erstere in Reihe mit L, R und C und letztere parallel zu L, R und C geschaltet sind.
(1) Der Lastkreis des Reihenwechselrichters hat eine niedrige Impedanz zur Stromversorgung und muss von einer Spannungsquelle gespeist werden. Daher muss der gleichgerichtete und gefilterte DC-Stromversorgungsanschluss an einen großen Filterkondensator angeschlossen werden. Bei einer Fehlfunktion des Wechselrichters entsteht ein großer Stoßstrom, der den Schutz erschwert.
Der Lastkreis eines Parallelwechselrichters stellt für die Stromversorgung eine hohe Impedanz dar und benötigt zu seiner Bereitstellung eine Stromquelle. Im Falle eines Wechselrichterausfalls wird der Strom jedoch durch die hohe Reaktanz begrenzt, was nur geringe Auswirkungen hat und leicht zu schützen ist.
(2) Die Eingangsspannung eines Reihenwechselrichters ist konstant und die Ausgangsspannung ist eine Rechteckwelle. Der Ausgangsstrom ist annähernd sinusförmig und der Wandler eilt der Winkelspannung immer voraus, nachdem der Thyristorstrom Null ist.
Der Eingangsstrom eines Parallelwechselrichters ist konstant, die Ausgangsspannung ist ungefähr eine Sinuswelle und der Ausgangsstrom ist eine Rechteckwelle. Bevor die Resonanzkondensatorspannung den Nulldurchgang durchläuft, liegt der Laststrom des Wandlers immer vor dem Spannungswinkel. Mit anderen Worten: Beide arbeiten unter kapazitiver Last.
(3) Ein Reihenwechselrichter ist eine Stromversorgung mit konstanter Spannung. Um das gleichzeitige Leiten von Thyristoren am oberen und unteren Brückenzweig des Wechselrichters zu vermeiden, was zu einem Kurzschluss in der Stromversorgung des Wechselrichters führen kann, muss sichergestellt werden, dass diese zuerst ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird. Das heißt, alle Thyristoren (andere leistungselektronische Geräte) sollten für einen Zeitraum (t) abgeschaltet werden. Streuinduktivität, die sich auf das induzierte Potenzial bezieht, das durch die Induktivität vom Gleichstromanschluss zum Gerätekabel erzeugt wird, kann das Gerät beschädigen. Daher ist es notwendig, einen geeigneten Überspannungsabsorptionskreis für das Gerät auszuwählen. Um außerdem sicherzustellen, dass der Laststrom kontinuierlich ist und der Thyristor während der Abschaltphase des Thyristors nicht durch die hohe Spannung am Wandlerkondensator beeinträchtigt wird, muss an beiden Enden des Thyristors eine antiparallele schnelle Diode vorhanden sein.
Ein Parallelwechselrichter ist eine Konstantstromquelle. Um das große induzierte Potenzial zu vermeiden, das durch die Filterreaktanz Ld erzeugt wird, muss der Strom kontinuierlich sein. Mit anderen Worten muss sichergestellt werden, dass die Thyristoren am oberen und unteren Brückenzweig des Wechselrichters während der Wandlerperiode zunächst ein- und dann ausgeschaltet werden, d. h. alle Thyristoren befinden sich während der Wandlerperiode (t) im leitenden Zustand. Obwohl der Brückenzweig des Wechselrichters direkt angeschlossen ist, ist Ld zu diesem Zeitpunkt groß genug, um keinen Kurzschluss in der Gleichstromversorgung zu verursachen. Eine lange Kommutierungszeit verringert jedoch die Systemeffizienz, daher ist es notwendig, t-gamma zu verkürzen, d. h. den Wert von Lk zu verringern.
(4) Die Betriebsfrequenz des Reihenwechselrichters muss niedriger sein als die Eigenschwingungsfrequenz des Lastkreises, um eine angemessene Zeit sicherzustellen. Andernfalls kommt es aufgrund der direkten Verbindung zwischen Ober- und Unterteil zu Fehlfunktionen des Wechselrichters. Der Brückenarm des Wechselrichters.
Die Betriebsfrequenz eines Parallelwechselrichters muss geringfügig höher sein als die Eigenschwingungsfrequenz des Lastkreises, um eine entsprechende Sperrspannungszeit t zu gewährleisten, andernfalls kommt es zu Störungen im Thyristorstromrichter. Wenn sie jedoch zu hoch ist, wird die Sperrspannung des Thyristors während des Wandlers zu hoch, was nicht zulässig ist.
(5) Für Reihenwechselrichter gibt es zwei Leistungsregelungsmethoden: Änderung der DC-Versorgungsspannung Ud oder Änderung der Thyristor-Triggerfrequenz, also Änderung des Lastleistungsfaktors cos.
Der Leistungsregelungsmodus von Parallelwechselrichtern kann nur die DC-Versorgungsspannung Ud ändern, und eine Änderung des cos phi erhöht auch die Ausgangsspannung und -leistung des Wechselrichters, aber der zulässige Einstellbereich ist sehr klein.
(6) Im Wandler des Reihenwechselrichters schaltet der Thyristor natürlich ab. Vor dem Ausschalten sinkt der Strom allmählich auf Null, sodass die Ausschaltzeit kurz und der Verlust gering ist. Während der Kommutierungsperiode hat der Thyristor eine längere Abschaltzeit (t+t -).
Im Umrichter eines Parallelwechselrichters wird der Thyristor im Vollstrombetrieb zwangsweise abgeschaltet. Nachdem der Strom zwangsweise auf Null abgesunken ist, ist eine Sperrspannungszeit erforderlich, sodass die Ausschaltzeit länger ist. Im Gegensatz dazu eignen sich Reihenwechselrichter besser für Induktionsheizgeräte mit höheren Betriebsfrequenzen.
(7) Die Thyristoren des Reihenwechselrichters müssen niedrigeren Spannungen standhalten. Bei Verwendung eines 380-V-Stromnetzes zur Stromversorgung sollten 1200-V-Thyristoren verwendet werden. Allerdings sollten alle Ströme im Lastkreis, einschließlich der Wirk- und Blindleistungsanteile, durch den Thyristor fließen. Wenn der Thyristor des Wechselrichters seinen Impuls verliert, stoppt dies nur die Schwingung und führt nicht zum Umkippen des Wechselrichters.
Das Kristallgate eines Parallelwechselrichters muss einer hohen Spannung standhalten, und sein Wert steigt mit zunehmendem Leistungsfaktorwinkel schnell an. Die Last selbst bildet jedoch eine oszillierende Stromschleife. Durch den Wechselrichter-Thyristor fließt nur Wirkstrom, und wenn der Wechselrichter-Thyristor gelegentlich den Triggerimpuls verliert, kann er die Schwingung aufrechterhalten und relativ stabil arbeiten.
(8) Serienwechselrichter können selbst-selbst-erregt sein. Die Ausgangsleistung kann durch Änderung der Triggerimpulsfrequenz des Wechselrichters angepasst werden. Parallelwechselrichter können nur im selbsterregten Zustand betrieben werden.
(9) Bei einem Reihenwechselrichter ist der Triggerimpuls des Thyristors asymmetrisch und führt keine Gleichstromkomponente ein, die den normalen Betrieb beeinträchtigen würde. Allerdings ist bei Parallelwechselrichtern der Zündimpuls des Wechselrichterthyristors asymmetrisch, was zu Gleichstromanteilen führen und Störungen verursachen kann.
(10) Der Serienfrequenzumrichter ist einfach zu starten und für häufig startende Arbeitsumgebungen geeignet. Parallelwechselrichter erfordern zusätzliche Startkreise, die schwer zu starten sind.
(11) Aufgrund der von den Thyristoren im Reihenwechselrichter getragenen Rechteckspannung ist der du/dt-Wert relativ groß und der Saugkreis spielt eine Schlüsselrolle, während der di/dt-Anforderung relativ niedrig ist. Bei Parallelwechselrichtern ist der durch die Wechselrichterthyristoren fließende Strom eine Rechteckwelle, daher sind ein größerer di/dt und ein niedrigerer du/dt erforderlich.
(12) Wenn der Abstand zwischen der Induktionsheizspule des Serienwechselrichters und der Wechselrichterleistung (einschließlich Kanalkondensatoren) groß ist, ist die Auswirkung auf die Ausgangsleistung gering. Wenn Koaxialkabel verwendet werden oder die Spiraldrähte so nah wie möglich platziert (besser miteinander verdrillt) werden, ist der Effekt nicht signifikant. Bei Parallelwechselrichtern sollte die Induktionsheizspule so nah wie möglich an der Stromquelle (insbesondere dem Kanalkondensator) platziert werden, da sonst die Leistungsabgabe und der Wirkungsgrad stark beeinträchtigt werden.
(13) Die Spannung an der Induktionsspule des Reihenwechselrichters und die Spannung am Spaltkondensator betragen jeweils das Q-fache der Ausgangsspannung des Wechselrichters, und der durch die Induktionsspule fließende Strom ist gleich dem Ausgangsstrom des Wechselrichters.
Die Spannung an der Induktionsspule und dem Spaltkondensator eines Parallelwechselrichters ist gleich der Ausgangsspannung des Wechselrichters, und der durch sie fließende Strom ist Q-mal so groß wie der Ausgangsstrom des Wechselrichters.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Parallelwechselrichter und Reihenwechselrichter (üblicherweise als Parallel- oder Reihenwechselrichter-Stromversorgungen bezeichnet) ihre eigenen technischen Eigenschaften und Anwendungsbereiche haben. Aus Sicht industrieller Heizanwendungen werden Parallelwechselrichter häufig in den Bereichen Schmelzen, Isolierung, Wärmeübertragung, Induktionserwärmung und anderen Bereichen eingesetzt, mit einem Leistungsbereich von mehreren Kilowatt bis zu Zehntausenden Kilowatt. Serieninverter werden häufig zur Isolierung und zur Induktionserwärmung mit hohem Q-Wert und hoher -Frequenz in Schmelzöfen mit ein bis zwei Öfen und einem Leistungsbereich von mehreren Kilowatt bis zu mehreren tausend Kilowatt eingesetzt. Derzeit sind mehr als 90 % der im chinesischen Industriesektor verwendeten Netzteile mit variabler Frequenz parallele Netzteile mit variabler Frequenz.