In un circuito in serie di resistori, condensatori e induttori, il fenomeno di potenza, tensione, corrente e fase è chiamatorisonanza in serie. Le sue caratteristiche sono: un circuito a resistenza pura, dove potenza, tensione e corrente hanno fasi, la reattanza X è uguale a zero, l'impedenza Z è uguale alla resistenza R e l'impedenza minima, la corrente, l'induttanza massima e la capacità del circuito possono generare tensioni molte volte superiori alla tensione di alimentazione e all'alta tensione. Pertanto, la risonanza in serie è anche nota come risonanza di tensione.
La tensione di risonanza si sovrappone alla tensione originale e alla risonanza parallela: in un circuito parallelo, resistori, condensatori e induttori presentano un fenomeno di fase tra la tensione e la corrente totale del circuito, chiamato risonanza parallela. La sua caratteristica è che la risonanza parallela è un metodo completamente compensato che non richiede potenza reattiva, ma fornisce solo la potenza richiesta dal resistore di potenza attiva, generando risonanza per ridurre al minimo la corrente totale del circuito e la corrente di ramo è solitamente maggiore della corrente totale nel circuito. Pertanto, la risonanza parallela è anche nota come risonanza corrente.
Caratteristiche e differenze tra risonanza in serie e risonanza parallela:
1. La modalità di risonanza del carico può essere divisa in due tipi: inverter in parallelo e inverter in serie. Le principali caratteristiche tecniche e differenze tra inverter serie e inverter parallelo sono le seguenti:
La differenza tra inverter in serie e inverter in parallelo risiede nei diversi circuiti di oscillazione che utilizzano, con i primi in serie con L, R e C e il secondo in parallelo con L, R e C.
(1) Il circuito di carico dell'inverter in serie ha una bassa impedenza verso l'alimentazione e deve essere alimentato da una sorgente di tensione. Pertanto, il terminale di alimentazione CC raddrizzato e filtrato deve essere collegato ad un condensatore di filtraggio di grandi dimensioni. Quando l'inverter non funziona correttamente, si verifica un forte picco di corrente che rende difficile la protezione.
Il circuito di carico di un inverter in parallelo presenta un'elevata impedenza verso l'alimentazione e richiede una fonte di corrente per fornirla. Tuttavia, in caso di guasto dell'inverter, la corrente sarà limitata da un'elevata reattanza, che ha un impatto ridotto ed è facile da proteggere.
(2) La tensione di ingresso di un inverter in serie è costante e la tensione di uscita è un'onda rettangolare. La corrente di uscita è approssimativamente un'onda sinusoidale e il convertitore porta sempre la tensione angolare dopo che la corrente del tiristore è pari a zero.
La corrente di ingresso di un inverter parallelo è costante, la tensione di uscita è approssimativamente un'onda sinusoidale e la corrente di uscita è un'onda rettangolare. Prima che la tensione del condensatore risonante raggiunga lo zero, la corrente di carico del convertitore è sempre anteriore all'angolo di tensione. In altre parole, entrambi funzionano con carichi capacitivi.
(3) Un inverter in serie è un alimentatore con sorgente di tensione costante. Per evitare la conduzione simultanea dei tiristori sui bracci del ponte superiore e inferiore dell'inverter, che potrebbe causare un cortocircuito nell'alimentazione dell'inverter, è necessario assicurarsi che sia prima spento e poi acceso. Vale a dire, tutti i tiristori (altri dispositivi elettronici di potenza) dovrebbero essere spenti per un periodo di tempo (t). L'induttanza parassita, che si riferisce al potenziale indotto generato dall'induttanza dal terminale CC al cavo dell'apparecchiatura, può danneggiare l'apparecchiatura, pertanto è necessario scegliere un circuito di assorbimento della sovratensione appropriato per l'apparecchiatura. Inoltre, per garantire che la corrente di carico sia continua e che il tiristore non sia influenzato dall'alta tensione sul condensatore del convertitore durante il periodo di spegnimento del tiristore, deve essere presente un diodo veloce antiparallelo su entrambe le estremità del tiristore.
Un inverter parallelo è un alimentatore con sorgente di corrente costante. Per evitare il grande potenziale indotto generato dalla reattanza del filtro Ld, la corrente deve essere continua. In altre parole, è necessario garantire che i tiristori sui bracci del ponte superiore e inferiore dell'inverter siano prima accesi e poi spenti durante il periodo del convertitore, ovvero che tutti i tiristori siano in uno stato di conduzione durante il periodo del convertitore (t). A questo punto, nonostante il braccio del ponte dell'inverter sia collegato direttamente, Ld è sufficientemente grande da non provocare un cortocircuito nell'alimentazione DC. Tuttavia, un tempo di commutazione lungo ridurrà l'efficienza del sistema, quindi è necessario accorciare il t-gamma, cioè ridurre il valore di Lk.
(4) La frequenza operativa dell'inverter di serie deve essere inferiore alla frequenza di oscillazione naturale del circuito di carico, ovvero per garantire un tempo adeguato. In caso contrario, a causa del collegamento diretto tra la parte superiore e quella inferiore, l'inverter potrebbe funzionare male. Il braccio del ponte dell'inverter.
La frequenza operativa di un inverter parallelo deve essere leggermente superiore alla frequenza di oscillazione naturale del circuito di carico per garantire un tempo di tensione inversa t appropriato, altrimenti causerà guasti nel convertitore a tiristori. Tuttavia, se è troppo alta, la tensione inversa del tiristore durante il convertitore sarà troppo alta, il che non è consentito.
(5) Esistono due metodi di regolazione della potenza per gli inverter in serie: modifica della tensione di alimentazione CC Ud o modifica della frequenza di attivazione del tiristore, ovvero modifica del fattore di potenza del carico cos.
La modalità di regolazione della potenza degli inverter paralleli può modificare solo la tensione di alimentazione CC Ud e la modifica del cos phi aumenterà anche la tensione di uscita e la potenza dell'inverter, ma l'intervallo di regolazione consentito è molto ridotto.
(6) Nel convertitore dell'inverter di serie, il tiristore si spegne naturalmente. Prima dello spegnimento, la corrente diminuisce gradualmente fino a zero, quindi il tempo di spegnimento è breve e la perdita è ridotta. Durante il periodo di commutazione, il tiristore ha un tempo di spegnimento più lungo (t+t -).
Nel convertitore di un inverter parallelo, il tiristore è costretto a spegnersi durante il funzionamento a piena corrente. Dopo che la corrente è stata forzata a scendere a zero, è necessario un periodo di tensione inversa, quindi il tempo di spegnimento è più lungo. Al contrario, gli inverter in serie sono più adatti per apparecchiature di riscaldamento a induzione con frequenze operative più elevate.
(7) I tiristori dell'inverter di serie devono resistere a tensioni inferiori. Quando si utilizza una rete elettrica da 380 V per l'alimentazione, è necessario utilizzare tiristori da 1200 V. Tuttavia, tutte le correnti nel circuito di carico, compresi i componenti di potenza attiva e reattiva, dovrebbero fluire attraverso il tiristore. Se il tiristore dell'inverter perde il suo impulso, fermerà solo l'oscillazione e non causerà il ribaltamento dell'inverter.
La porta a cristalli di un inverter parallelo deve resistere all'alta tensione e il suo valore aumenta rapidamente con l'aumento dell'angolo del fattore di potenza. Tuttavia, il carico stesso formerà un circuito di corrente oscillante. Solo la corrente attiva scorre attraverso il tiristore dell'inverter e, quando il tiristore dell'inverter perde occasionalmente l'impulso di attivazione, può comunque mantenere l'oscillazione e funzionare in modo relativamente stabile.
(8) Gli inverter in serie possono essere auto-eccitati o auto-eccitati. La potenza in uscita può essere regolata modificando la frequenza degli impulsi di trigger dell'inverter. Gli inverter paralleli possono funzionare solo in stato autoeccitato.
(9) In un inverter in serie, l'impulso di attivazione del tiristore è asimmetrico e non introduce corrente della componente CC che possa influenzare il normale funzionamento. Tuttavia, negli inverter paralleli, l'impulso di attivazione del tiristore dell'inverter è asimmetrico, il che può introdurre corrente nella componente CC e causare guasti.
(10) Il convertitore di frequenza in serie è facile da avviare e adatto ad ambienti di lavoro con avviamenti frequenti; Gli inverter paralleli richiedono circuiti di avviamento aggiuntivi, difficili da avviare.
(11) A causa della tensione ad onda rettangolare sopportata dai tiristori nell'inverter in serie, il valore du/dt è relativamente grande e il circuito di assorbimento gioca un ruolo chiave, mentre il requisito di/dt è relativamente basso. Negli inverter paralleli, la corrente che scorre attraverso i tiristori dell'inverter è un'onda rettangolare, quindi sono necessari un di/dt maggiore e un du/dt inferiore.
(12) Quando la distanza tra la bobina di riscaldamento a induzione dell'inverter in serie e la potenza dell'inverter (inclusi i condensatori di canale) è ampia, l'impatto sulla potenza di uscita è minimo. Se si utilizzano cavi coassiali o i fili a spirale sono posti il più vicino possibile (meglio intrecciati insieme), l'effetto non è significativo. Per gli inverter paralleli, la bobina di riscaldamento a induzione deve essere posizionata il più vicino possibile alla fonte di alimentazione (in particolare al condensatore del canale), altrimenti ridurrà notevolmente la potenza erogata e l'efficienza.
(13) La tensione sulla bobina di induzione dell'inverter in serie e la tensione sul condensatore gap sono entrambe Q volte la tensione di uscita dell'inverter e la corrente che scorre attraverso la bobina di induzione è uguale alla corrente di uscita dell'inverter.
La tensione sulla bobina di induzione e sul condensatore gap di un inverter parallelo è uguale alla tensione di uscita dell'inverter e la corrente che li attraversa è Q volte la corrente di uscita dell'inverter.
In sintesi, gli inverter in parallelo e gli inverter in serie (solitamente indicati come alimentatori inverter in parallelo o in serie) hanno le proprie caratteristiche tecniche e campi di applicazione. Dal punto di vista delle applicazioni di riscaldamento industriale, gli inverter paralleli sono ampiamente utilizzati nella fusione, nell'isolamento, nel trasferimento di calore, nel riscaldamento a induzione e in altri campi, con una gamma di potenza da diversi kilowatt a decine di migliaia di kilowatt. Gli inverter della serie sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni di isolamento e di riscaldamento a induzione ad alto valore Q e ad alta-frequenza nella fusione, da uno a due forni, con un intervallo di potenza da diversi kilowatt a diverse migliaia di kilowatt. Attualmente, oltre il 90% degli alimentatori a frequenza variabile utilizzati nel settore industriale cinese sono alimentatori a frequenza variabile paralleli.