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串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振比較
發(fā)布日期：2021-06-20 點(diǎn)擊：3594次
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(guò)改變整流器的輸出電壓來(lái)調(diào)整的，而整流器的輸出電壓是通過(guò)改變可控硅控制角 α 來(lái)實(shí)現(xiàn)，可知：α 值越大，直流電壓就越低，同時(shí)整流器的功率因數(shù)也越低，電源在運(yùn)行時(shí)，根據(jù)加熱工藝要求的不同及負(fù)載阻抗的變化，很難做到 cos α=1，也就是說(shuō)，并聯(lián)諧振中頻電源在運(yùn)行時(shí)很可能會(huì)因功率因數(shù)低而形成較大的無(wú)功損耗。
串聯(lián)諧振式中頻電源無(wú)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(guò)改變逆變器的諧振頻率來(lái)調(diào)整的，整流器的輸出電壓始終是 cos α=1 狀態(tài)運(yùn)行，無(wú)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(jiàn)，串聯(lián)諧振式中頻電源運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)是不受負(fù)載變化和功率變化所影響的，高功率因數(shù)和低無(wú)功損耗為其帶來(lái)節(jié)電效果，通過(guò)大量試驗(yàn)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(dá) 10%～20%（負(fù)載變化及工藝標(biāo)準(zhǔn)不同，節(jié)電效率也就不同）。
諧波分量
由于并聯(lián)諧振整流控制角 α 的變化，整流輸出電壓脈動(dòng)較大，當(dāng) α ∧ 60°后電壓波形不再連續(xù)，整流可控硅換流過(guò)程中殘缺角會(huì)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 ［ 13-15 ］ ，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(duì)于小功率的用戶而言影響不大，但對(duì)于大功率的用戶來(lái)說(shuō)危害就很大，對(duì)于中頻用戶，若用常規(guī)的無(wú)功補(bǔ)償就無(wú)法進(jìn)行，有的用戶用常規(guī)的電容器作無(wú)功補(bǔ)償，但無(wú)法投入電容器，即便能投入，已對(duì) 5 次諧波電流放大了 1.8～3.8 倍以上，使電機(jī)、變壓器等用電設(shè)備的銅損、鐵損明顯增加，縮短了設(shè)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(jìn)行濾波，濾波器的成本會(huì)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(dòng)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(jì)，所以既不需要無(wú)功補(bǔ)償，也不需要高昂的濾波設(shè)備。
諧振電流
并聯(lián)諧振時(shí)感應(yīng)器上的諧振電流是中頻輸出電流的 Q 倍（Q 為負(fù)載的品質(zhì)因數(shù)），串聯(lián)諧振時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于串聯(lián)諧振，大電流造成線路熱損耗也是不可忽略的。
制造成本
并聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，制造成本高于并聯(lián)諧振。
在鋼管加熱中的節(jié)能作用
在鋼管加熱時(shí)，對(duì)加熱溫度和速度有著嚴(yán)格的工藝要求，而且工廠需要加熱的鋼管品種規(guī)格不是單一的，往往是一臺(tái)加熱設(shè)備需要加熱多個(gè)品種、多種尺寸的鋼管；因此，在鋼管加熱時(shí)很難保障中頻電源工作在最佳阻抗匹配狀態(tài)和最大功率狀態(tài)，如果采用并聯(lián)諧振中頻電源，也就意味著電源的整流器輸出電壓很難處于最高輸出電壓，即 α=0°，此時(shí)中頻電源的功率因數(shù)較低，無(wú)功損耗較大，造成電能的無(wú)謂消耗。
解決這一問(wèn)題的最好辦法就是采用串聯(lián)諧振中頻電源對(duì)鋼管進(jìn)行加熱，這樣無(wú)論需要電源輸出多大功率，電源的功率因數(shù)始終為 λ≈0.955，根據(jù)大量的試驗(yàn)對(duì)比表明：串聯(lián)諧振比并聯(lián)諧振中頻電源節(jié)電達(dá) 10%～20%，現(xiàn)以 10%節(jié)電率粗略計(jì)算節(jié)電效果，如某企業(yè)采用 1 000 kW 的串聯(lián)諧振中頻電源加熱鋼管，每班工作時(shí)間為 8 h/天，每月工作 24天，每度電的平均價(jià)格 0.7 元人民幣，則，每班一年節(jié)約電量：1 000×10%×8×24×12=230 400（kW·h）每班一年節(jié)約電費(fèi)：230 400×0.7=161 280（元）如果每天 3 班運(yùn)行，則年可節(jié)約 48.384 萬(wàn)元，為企業(yè)節(jié)省較大的生產(chǎn)成本。
目前鋼管加熱用的中頻電源，一般采用最小功率為 500 kW，而在鋼管防腐領(lǐng)域中用量最多的是1 000 kW 中頻電源，隨著我國(guó)西氣東輸四線、五線的陸續(xù)開(kāi)工，直徑 1 422 mm 甚至更大規(guī)格鋼管的使用，中頻電源的單機(jī)功率將在 1 500 kW 以上，如果采用串聯(lián)諧振中頻電源作為鋼管加熱設(shè)備，不僅可給企業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益，而且可為我國(guó)節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。
