串联谐振与并联谐振比较

发布日期：2021-06-20　点击：3429次

 并联谐振式中频电源采用了三相全控整流器，其输出功率的大小是通过改变整流器的输出电压来调整的，而整流器的输出电压是通过改变可控硅控制角 α 来实现，可知：α 值越大，直流电压就越低，同时整流器的功率因数也越低，电源在运行时，根据加热工艺要求的不同及负载阻抗的变化，很难做到 cos α=1，也就是说，并联谐振中频电源在运行时很可能会因功率因数低而形成较大的无功损耗。

  串联谐振式中频电源无论采用三相不可控整流器还是采用三相半控整流器，其输出功率是通过改变逆变器的谐振频率来调整的，整流器的输出电压始终是 cos α=1 状态运行，无论电源的输出功率高低，整流器的功率因数均为 λ≈0.955cos α≈0.955，由此可见，串联谐振式中频电源运行时的功率因数是不受负载变化和功率变化所影响的，高功率因数和低无功损耗为其带来节电效果，通过大量试验表明：串联谐振式中频电源比并联谐振式中频电源的节电效率高达 10%～20%（负载变化及工艺标准不同，节电效率也就不同）。

谐波分量

  由于并联谐振整流控制角 α 的变化，整流输出电压脉动较大，当 α ∧ 60°后电压波形不再连续，整流可控硅换流过程中残缺角会吸收电网正弦波，造成电网波形缺角，产生大量的 n=6k±1 次谐波分量 ［ 13-15 ］ ，其中 5 次、7 次、11 次谐波电流含量分别占基波电流的 20%、11%、6%，这对于小功率的用户而言影响不大，但对于大功率的用户来说危害就很大，对于中频用户，若用常规的无功补偿就无法进行，有的用户用常规的电容器作无功补偿，但无法投入电容器，即便能投入，已对 5 次谐波电流放大了 1.8～3.8 倍以上，使电机、变压器等用电设备的铜损、铁损明显增加，缩短了设备的使用寿命，用电成本大幅上升，如果采用 LC 有源滤波器进行滤波，滤波器的成本会接近甚至大于中频电源的成本。

串联谐振的整流器采用不可控整流方式，启动工作后始终以最大电压输出，整流器后端又加上大容量滤波电容，输出的直流电压是一条直线，因此其产生的谐波分量很小，几乎可以忽略不计，所以既不需要无功补偿，也不需要高昂的滤波设备。

谐振电流

  并联谐振时感应器上的谐振电流是中频输出电流的 Q 倍（Q 为负载的品质因数），串联谐振时电容电压是中频输出电压的 Q 倍；因此并联谐振的谐振电流远远大于串联谐振，大电流造成线路热损耗也是不可忽略的。

制造成本

  并联谐振结构相对简单，制造成本较低，而串联谐振采用的电器件数量较多，结构相对复杂，制造成本高于并联谐振。

在钢管加热中的节能作用

  在钢管加热时，对加热温度和速度有着严格的工艺要求，而且工厂需要加热的钢管品种规格不是单一的，往往是一台加热设备需要加热多个品种、多种尺寸的钢管；因此，在钢管加热时很难保障中频电源工作在最佳阻抗匹配状态和最大功率状态，如果采用并联谐振中频电源，也就意味着电源的整流器输出电压很难处于最高输出电压，即 α=0°，此时中频电源的功率因数较低，无功损耗较大，造成电能的无谓消耗。

  解决这一问题的最好办法就是采用串联谐振中频电源对钢管进行加热，这样无论需要电源输出多大功率，电源的功率因数始终为 λ≈0.955，根据大量的试验对比表明：串联谐振比并联谐振中频电源节电达 10%～20%，现以 10%节电率粗略计算节电效果，如某企业采用 1 000 kW 的串联谐振中频电源加热钢管，每班工作时间为 8 h/天，每月工作 24天，每度电的平均价格 0.7 元人民币，则，每班一年节约电量：1 000×10%×8×24×12=230 400（kW·h）每班一年节约电费：230 400×0.7=161 280（元）如果每天 3 班运行，则年可节约 48.384 万元，为企业节省较大的生产成本。

  目前钢管加热用的中频电源，一般采用最小功率为 500 kW，而在钢管防腐领域中用量最多的是1 000 kW 中频电源，随着我国西气东输四线、五线的陆续开工，直径 1 422 mm 甚至更大规格钢管的使用，中频电源的单机功率将在 1 500 kW 以上，如果采用串联谐振中频电源作为钢管加热设备，不仅可给企业带来巨大经济效益，而且可为我国节能减排做出贡献。