En un circuito en serie de resistencias, condensadores e inductores, el fenómeno de potencia, voltaje, corriente y fase que ocurre se llamaresonancia en serie. Sus características son: un circuito de resistencia pura, donde la potencia, el voltaje y la corriente tienen fases, la reactancia X es igual a cero, la impedancia Z es igual a la resistencia R, y la impedancia mínima, la corriente, la inductancia máxima y la capacitancia del circuito pueden generar voltajes muchas veces mayores que el voltaje de la fuente de alimentación y el alto voltaje. Por lo tanto, la resonancia en serie también se conoce como resonancia de voltaje.
El voltaje de resonancia se superpone al voltaje original y la resonancia en paralelo: en un circuito en paralelo, las resistencias, condensadores e inductores exhiben un fenómeno de fase entre el voltaje y la corriente total del circuito, que se llama resonancia en paralelo. Su característica es que la resonancia paralela es un método totalmente compensado que no requiere potencia reactiva, sino que solo proporciona la potencia requerida por la resistencia de potencia activa, generando resonancia para minimizar la corriente total del circuito, y la corriente derivada suele ser mayor que la corriente total en el circuito. Por lo tanto, la resonancia paralela también se conoce como resonancia actual.
Características y diferencias entre resonancia en serie y resonancia paralela:
1. El modo de resonancia de carga se puede dividir en dos tipos: inversor paralelo e inversor en serie. Las principales características técnicas y diferencias entre inversor serie e inversor paralelo son las siguientes:
La diferencia entre inversores en serie e inversores en paralelo radica en los diferentes circuitos de oscilación que utilizan, siendo el primero en serie con L, R y C y el segundo en paralelo con L, R y C.
(1) El circuito de carga del inversor en serie tiene baja impedancia a la fuente de alimentación y necesita ser alimentado por una fuente de voltaje. Por lo tanto, el terminal de alimentación de CC rectificado y filtrado debe conectarse a un condensador de filtrado grande. Cuando el inversor no funciona correctamente, se produce una gran sobrecorriente, lo que dificulta la protección.
El circuito de carga de un inversor paralelo presenta alta impedancia a la fuente de alimentación y requiere de una fuente de corriente para proporcionarla. Sin embargo, en caso de falla del inversor, la corriente estará limitada por una alta reactancia, que tiene un impacto pequeño y es fácil de proteger.
(2) El voltaje de entrada de un inversor en serie es constante y el voltaje de salida es una onda rectangular. La corriente de salida es aproximadamente una onda sinusoidal y el convertidor siempre adelanta el voltaje angular después de que la corriente del tiristor es cero.
La corriente de entrada de un inversor paralelo es constante, el voltaje de salida es aproximadamente una onda sinusoidal y la corriente de salida es una onda rectangular. Antes de que la tensión del condensador resonante cruce cero, la corriente de carga del convertidor siempre está delante del ángulo de tensión. En otras palabras, ambos operan bajo cargas capacitivas.
(3) Un inversor en serie es una fuente de alimentación de voltaje constante. Para evitar la conducción simultánea de tiristores en los brazos del puente superior e inferior del inversor, lo que puede provocar un cortocircuito en la fuente de alimentación del inversor, es necesario asegurarse de que primero se apague y luego se encienda. Es decir, todos los tiristores (otros dispositivos electrónicos de potencia) deben estar apagados durante un periodo de tiempo (t). La inductancia parásita, que se refiere al potencial inducido generado por la inductancia desde el terminal de CC al cable del equipo, puede dañar el equipo, por lo que es necesario elegir un circuito de absorción de sobretensión apropiado para el equipo. Además, para garantizar que la corriente de carga sea continua y que el tiristor no se vea afectado por el alto voltaje en el capacitor del convertidor durante el período de apagado del tiristor, debe haber un diodo rápido anti-paralelo en ambos extremos del tiristor.
Un inversor paralelo es una fuente de alimentación de corriente constante. Para evitar el gran potencial inducido generado por la reactancia del filtro Ld, la corriente debe ser continua. En otras palabras, es necesario asegurarse de que los tiristores en los brazos del puente superior e inferior del inversor se enciendan primero y luego se apaguen durante el período del convertidor, es decir, todos los tiristores estén en estado conductor durante el período del convertidor (t). En este punto, aunque el brazo del puente inversor está conectado directamente, Ld es lo suficientemente grande como para no provocar un cortocircuito en la fuente de alimentación de CC. Sin embargo, un tiempo de conmutación prolongado reducirá la eficiencia del sistema, por lo que es necesario acortar la t-gamma, es decir, reducir el valor de Lk.
(4) La frecuencia de funcionamiento del inversor en serie debe ser inferior a la frecuencia de oscilación natural del circuito de carga, es decir, para garantizar un tiempo adecuado. De lo contrario, debido a la conexión directa entre las partes superior e inferior, el inversor no funcionará correctamente. El brazo puente del inversor.
La frecuencia de funcionamiento de un inversor paralelo debe ser ligeramente mayor que la frecuencia de oscilación natural del circuito de carga para garantizar un tiempo de voltaje inverso t adecuado; de lo contrario, provocará fallas en el convertidor de tiristores. Sin embargo, si es demasiado alto, el voltaje inverso del tiristor durante el convertidor será demasiado alto, lo cual no está permitido.
(5) Existen dos métodos de regulación de potencia para inversores en serie: cambiar el voltaje de la fuente de alimentación de CC Ud o cambiar la frecuencia de activación del tiristor, es decir, cambiar el factor de potencia de carga cos.
El modo de regulación de potencia de los inversores paralelos solo puede cambiar el voltaje de la fuente de alimentación de CC Ud, y cambiar cos phi también aumentará el voltaje de salida y la potencia del inversor, pero el rango de ajuste permitido es muy pequeño.
(6) En el convertidor del inversor en serie, el tiristor se apaga naturalmente. Antes de apagarse, la corriente disminuye gradualmente hasta cero, por lo que el tiempo de apagado es corto y la pérdida es pequeña. Durante el período de conmutación, el tiristor tiene un tiempo de apagado más largo (t+t -).
En el convertidor de un inversor paralelo, el tiristor se ve obligado a apagarse durante el funcionamiento con corriente total. Después de que la corriente se ve obligada a caer a cero, se requiere un período de voltaje inverso, por lo que el tiempo de apagado es más largo. Por el contrario, los inversores en serie son más adecuados para equipos de calentamiento por inducción con frecuencias de funcionamiento más altas.
(7) Los tiristores del inversor en serie deben soportar voltajes más bajos. Cuando se utiliza una red eléctrica de 380 V para el suministro de energía, se deben utilizar tiristores de 1200 V. Sin embargo, todas las corrientes en el circuito de carga, incluidos los componentes de potencia activa y reactiva, deben fluir a través del tiristor. Si el tiristor del inversor pierde su pulso, solo detendrá la oscilación y no hará que el inversor se vuelque.
La puerta de cristal de un inversor paralelo necesita soportar alto voltaje y su valor aumenta rápidamente con el aumento del ángulo del factor de potencia. Sin embargo, la carga misma formará un bucle de corriente oscilante. Sólo la corriente activa fluye a través del tiristor inversor, y cuando el tiristor inversor ocasionalmente pierde el pulso de disparo, aún puede mantener la oscilación y funcionar de manera relativamente estable.
(8) Los inversores en serie pueden ser auto-excitados o auto-excitados. La potencia de salida se puede ajustar cambiando la frecuencia del pulso de disparo del inversor. Los inversores en paralelo sólo pueden funcionar en estado autoexcitado.
(9) En un inversor en serie, el pulso de disparo del tiristor es asimétrico y no introduce corriente de componente CC que afecte el funcionamiento normal. Sin embargo, en los inversores en paralelo, el pulso de disparo del tiristor del inversor es asimétrico, lo que puede introducir corriente continua del componente y provocar fallos.
(10) El convertidor de frecuencia en serie es fácil de iniciar y adecuado para entornos de trabajo de inicio frecuente; Los inversores en paralelo requieren circuitos de arranque adicionales, que son difíciles de arrancar.
(11) Debido al voltaje de onda rectangular soportado por los tiristores en el inversor en serie, el valor du/dt es relativamente grande y el circuito de absorción juega un papel clave, mientras que el requisito di/dt es relativamente bajo. En los inversores en paralelo, la corriente que fluye a través de los tiristores del inversor es una onda rectangular, por lo que se requiere un di/dt mayor y un du/dt menor.
(12) Cuando la distancia entre la bobina de calentamiento por inducción del inversor en serie y la potencia del inversor (incluidos los condensadores de canal) es grande, el impacto en la potencia de salida es pequeño. Si se utilizan cables coaxiales o los alambres en espiral se colocan lo más cerca posible (mejor trenzados), el efecto no es significativo. Para inversores paralelos, la bobina de calentamiento por inducción debe colocarse lo más cerca posible de la fuente de energía (especialmente el capacitor del canal); de lo contrario, reducirá en gran medida la producción de energía y la eficiencia.
(13) El voltaje en la bobina de inducción del inversor en serie y el voltaje en el capacitor de separación son ambos Q veces el voltaje de salida del inversor, y la corriente que fluye a través de la bobina de inducción es igual a la corriente de salida del inversor.
El voltaje en la bobina de inducción y el capacitor de separación de un inversor en paralelo es igual al voltaje de salida del inversor, y la corriente que fluye a través de ellos es Q veces la corriente de salida del inversor.
En resumen, los inversores en paralelo y los inversores en serie (generalmente denominados fuentes de alimentación de inversores en paralelo o en serie) tienen sus propias características técnicas y campos de aplicación. Desde la perspectiva de las aplicaciones de calefacción industrial, los inversores paralelos se utilizan ampliamente en fundición, aislamiento, transferencia de calor, calentamiento por inducción y otros campos, con un rango de potencia desde varios kilovatios hasta decenas de miles de kilovatios. Los inversores en serie se utilizan ampliamente en aislamiento y aplicaciones de calentamiento por inducción de alto valor Q y alta-frecuencia en fundición, de uno a dos hornos, con un rango de potencia de varios kilovatios a varios miles de kilovatios. Actualmente, más del 90% de las fuentes de alimentación de frecuencia variable utilizadas en el sector industrial de China son fuentes de alimentación de frecuencia variable paralelas.