三新電力課堂
在內(nèi)阻、電容、電感串聯(lián)電路中，出現(xiàn)電源、電壓、電流同相位現(xiàn)象，稱(chēng)作串聯(lián)諧振，其特征是：電路呈純內(nèi)阻性，電源、電壓和電壓同相位，檢波X等于0，阻抗Z等于內(nèi)阻R，此時(shí)電路的阻抗最小，電壓最大，在電感和電容上可能形成比電源電流大好多倍的高電流，因而串聯(lián)諧振稱(chēng)作電流諧振。
諧振電流與原電流疊加，并聯(lián)諧振：在內(nèi)阻、電容、電感并聯(lián)電路中，出現(xiàn)電路端電流和總電壓同相位的現(xiàn)象，稱(chēng)作并聯(lián)諧振，其特征是：并聯(lián)諧振是一種完全的補(bǔ)償，電源無(wú)需提供無(wú)功功率，只提供內(nèi)阻所須要的有功功率，諧振時(shí)，電路的總電壓最小，而大道電壓常常小于電路中的總電流，因而，并聯(lián)諧振也叫電壓諧振。
串聯(lián)諧振裝置就用運(yùn)用串聯(lián)諧振原理設(shè)計(jì)的最新型交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備。一套串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)設(shè)備，可兼具電力變壓器、交聯(lián)線(xiàn)纜、開(kāi)關(guān)柜、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、GIS和SF6開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)、套管、CT、PT等試品的交流耐壓試驗(yàn)，是全能型的交流耐壓設(shè)備。
01
并串聯(lián)諧振得到特點(diǎn)
一、并聯(lián)諧振電路
當(dāng)外來(lái)頻度加于一并聯(lián)諧振電路時(shí)，它有以下特點(diǎn)：
i.當(dāng)外加頻度等于其諧振頻度時(shí)其電路阻抗呈純內(nèi)阻性，且有最大值，它這個(gè)特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中稱(chēng)作選頻電路。
ii.當(dāng)外加頻度低于其諧振頻度時(shí)，電路阻抗呈容性，相當(dāng)于一個(gè)電容。
iii.當(dāng)外加頻度高于其諧振頻度時(shí)，這時(shí)電路呈感性，相當(dāng)于一個(gè)電感線(xiàn)圈。
所以當(dāng)串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路不是調(diào)節(jié)在訊號(hào)頻度點(diǎn)時(shí)，訊號(hào)通過(guò)它將會(huì)形成相移。(即相位失真)
二、串聯(lián)諧振電路
當(dāng)外來(lái)頻度加于一串聯(lián)諧振電路時(shí)，它有以下特點(diǎn)：
i.當(dāng)外加頻度等于其諧振頻度時(shí)其電路阻抗呈純內(nèi)阻性，且有最少值，它這個(gè)特點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中稱(chēng)作陷波器。
ii.當(dāng)外加頻度低于其諧振頻度時(shí)，電路阻抗呈感性，相當(dāng)于一個(gè)電感線(xiàn)圈。
iii.當(dāng)外加頻度高于其諧振頻度時(shí)，這時(shí)電路呈容性，相當(dāng)于一個(gè)電容。
02
并、串聯(lián)諧振的區(qū)別
串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振這兩種現(xiàn)象是余弦交流電路的一種特定現(xiàn)象，它在電子和通信工程中得到廣泛的應(yīng)用，但在電力系統(tǒng)中，發(fā)生諧振有可能破壞系統(tǒng)的正常工作。接出來(lái)剖析一下串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振這兩種諧振究竟都有什么區(qū)別。
從負(fù)載諧振形式界定，可以為并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器兩大類(lèi)型，下邊列舉串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的主要技術(shù)特征及其比較：
串聯(lián)逆變器和并聯(lián)逆變器的差異，始于它們所用的振蕩電路不同，后者是用L、R和C串聯(lián)，前者是L、R和C并聯(lián)。
（1）串聯(lián)逆變器的負(fù)載電路對(duì)電源呈現(xiàn)低阻抗，要求由電流源供電。因而，經(jīng)檢波和混頻的直流電源末端，必須并接大的混頻電容器。當(dāng)逆變失敗時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)區(qū)別表，浪涌電壓大，保護(hù)困難。
并聯(lián)逆變器的負(fù)載電路對(duì)電源呈現(xiàn)高阻抗，要求由電壓源供電，需在直流電源末端串接大檢波器。但在逆變失敗時(shí)，因?yàn)殡妷菏艽髾z波限制，沖擊不大，較易保護(hù)。
（2）串聯(lián)逆變器的輸入電流恒定，輸出電流為方形波，輸出電壓近似正弦波，換流是在二極管上電壓過(guò)零之后進(jìn)行，因此電壓總是超前電流一φ角。
并聯(lián)逆變器的輸入電壓恒定，輸出電流近似正弦波，輸出電壓為方形波，換流是在諧振電容器上電流過(guò)零曾經(jīng)進(jìn)行，負(fù)載電壓也總是越前于電流一φ角。這就是說(shuō)，二者都是工作在容性負(fù)載狀態(tài)。
（3）串聯(lián)逆變器是恒壓源供電，為防止逆變器的上、下橋臂二極管同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)致電源漏電，換流時(shí)，必須保證先關(guān)斷，后開(kāi)通。即應(yīng)有一段時(shí)間(t)使所有二極管（其它電力電子元件）都處于關(guān)斷狀態(tài)。此時(shí)的雜散電感，即從直流端到元件的引線(xiàn)電感上形成的感生電勢(shì)，可能使元件破損，因此須要選擇合適的元件的浪涌電流吸收電路。據(jù)悉，在二極管關(guān)斷期間，為確保負(fù)載電壓連續(xù)，使二極管免受換流電容器上高電流的影響，必須在二極管兩端反并聯(lián)快速晶閘管。
并聯(lián)逆變器是恒流源供電，為防止混頻檢波Ld上形成大的感生電勢(shì)，電壓必須連續(xù)。也就是說(shuō)，必須保證逆變器上、下橋臂二極管在換流時(shí)，是先開(kāi)通后關(guān)斷，也即在換流期間(tγ)內(nèi)所有二極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)，盡管逆變橋臂直通，因?yàn)長(zhǎng)d足夠大，也不會(huì)引起直流電源漏電，但換流時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)使系統(tǒng)效率增加，因此需減短tγ，即減少Lk值。
（4）串聯(lián)逆變器的工作頻度必須高于負(fù)載電路的固有振蕩頻度，即應(yīng)確保有合適的t時(shí)間，否則會(huì)因逆變器上、下橋臂直通而造成換流的失敗。
并聯(lián)逆變器的工作頻度必須略低于負(fù)載電路的固有振蕩頻度，以確保有合適的反壓時(shí)間t，否則會(huì)造成二極管間換流失敗；但若高得太多，則在換流時(shí)二極管承受的反向電流會(huì)太高，這是不容許的。
（5）串聯(lián)逆變器的功率調(diào)節(jié)方法有二：改變直流電源電流Ud或改變二極管的觸發(fā)頻度，即改變負(fù)載功率質(zhì)數(shù)cosφ。
并聯(lián)逆變器的功率調(diào)節(jié)方法，通常只能是改變直流電源電流Ud。改變cosφ其實(shí)也能使逆變輸出電流下降和功率減小，但所容許調(diào)節(jié)范圍小。
（6）串聯(lián)逆變器在換流時(shí)，二極管是自然關(guān)斷的，關(guān)斷前其電壓已漸漸減少到零，因此關(guān)斷時(shí)間短，耗損小。在換流時(shí)，關(guān)斷的二極管受反壓的時(shí)間(t+tγ)較長(zhǎng)。
并聯(lián)逆變器在換流時(shí)，二極管是在全電壓運(yùn)行中被逼迫關(guān)斷的，電壓被迫降至零之后還需加一段反壓時(shí)間，因此關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)。相比之下，串聯(lián)逆變器更適合于在工作頻度較高的感應(yīng)加熱裝置中使用。
（7）串聯(lián)逆變器的二極管所需承受的電流較低，用380V電網(wǎng)供電時(shí)，采用1200V的二極管就行，但負(fù)載電路的全部電壓，包括有功和無(wú)功份量串聯(lián)和并聯(lián)區(qū)別表，都需流過(guò)二極管。逆變二極管遺失脈沖，只會(huì)使振蕩停止，不會(huì)導(dǎo)致逆變顛覆。
并聯(lián)逆變器的二極管所需承受的電流高，其值隨功率質(zhì)數(shù)角φ減小，而迅速降低。但負(fù)載本身構(gòu)成振蕩電壓回路，只有有功電壓流過(guò)逆變二極管，并且逆變二極管常常遺失觸發(fā)脈沖時(shí)，仍可維持振蕩，工作比較穩(wěn)定。
（8）串聯(lián)逆變器可以移相工作，也可以他激工作。他激工作時(shí)，只需改變逆變觸發(fā)脈沖頻度，即可調(diào)節(jié)輸出功率；而并聯(lián)逆變器通常只能工作在推挽狀態(tài)。
（9）在串聯(lián)逆變器中，二極管的觸發(fā)脈沖不對(duì)稱(chēng)，不會(huì)引入直流成份電壓而影響正常運(yùn)行；而在并聯(lián)逆變器中，逆變二極管的觸發(fā)脈沖不對(duì)稱(chēng)，則會(huì)引入直流成份電壓而導(dǎo)致故障。
（10）串聯(lián)逆變器起動(dòng)容易，適用于頻繁起動(dòng)工作的場(chǎng)合；而并聯(lián)逆變器需附加起動(dòng)電路，起動(dòng)較為困難。
（11）串聯(lián)逆變器中的二極管因?yàn)槌惺軋A形波電流，故du/dt值較大，吸收電路起著關(guān)鍵作用，而對(duì)其di/dt要求則較低。
在并聯(lián)逆變器中，流過(guò)逆變二極管的電壓是圓形波，因此要求大的di/dt，而對(duì)du/dt的要求則低一些。
（12）串聯(lián)逆變器的感應(yīng)加熱線(xiàn)圈與逆變電源(包括槽路電容器)的距離遠(yuǎn)時(shí)，對(duì)輸出功率的影響較小。假如采用同軸電纜線(xiàn)或?qū)?lái)回線(xiàn)盡量緊靠(扭絞在一起更好)埋設(shè)，則幾乎沒(méi)有影響。而對(duì)并聯(lián)逆變器來(lái)說(shuō)，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈應(yīng)盡量緊靠電源(非常是槽路電容器)，否則功率輸出和效率就會(huì)大幅度增加。
（13）串聯(lián)逆變器感應(yīng)線(xiàn)圈上的電流和槽路電容器上的電流，都為逆變器輸出電流的Q倍，流過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈上的電壓，等于逆變器的輸出電壓。
并聯(lián)逆變器的感應(yīng)線(xiàn)圈和槽路電容器上的電流，都等于逆變器的輸出電流，而流過(guò)它們的電壓，則都是逆變器輸出電壓的Q倍。
綜上所述，并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器（通稱(chēng)并聯(lián)或串聯(lián)變頻電源）各有其自己的技術(shù)特征和應(yīng)用領(lǐng)域。從工業(yè)加熱應(yīng)用的角度，并聯(lián)逆變器廣泛應(yīng)用于熔煉、保溫、透熱、感應(yīng)加熱熱處理等各類(lèi)領(lǐng)域，其功率可以從幾千瓦到上萬(wàn)千瓦。串聯(lián)逆變器廣泛應(yīng)用于熔煉——保溫的一拖二爐組以及高Q值高頻率的感應(yīng)加熱場(chǎng)合，其功率可以從幾千瓦到幾千千瓦。目前我國(guó)工業(yè)上采用的變頻電源90%以上屬并聯(lián)變頻電源。
