Vastusten, kondensaattorien ja induktorien sarjapiirissä tehon, jännitteen, virran ja vaiheen esiintyminen on ns.sarjan resonanssi. Sen ominaisuudet ovat: puhdas vastuspiiri, jossa teholla, jännitteellä ja virralla on vaiheet, reaktanssi X on nolla, impedanssi Z on yhtä suuri kuin vastus R ja piirin minimiimpedanssi, virta, maksimi-induktanssi ja kapasitanssi voivat synnyttää jännitteitä, jotka ovat monta kertaa suurempia kuin teholähteen jännite ja korkea jännite. Siksi sarjaresonanssi tunnetaan myös jänniteresonanssina.
Resonanssijännite on päällekkäin alkuperäisen jännitteen ja rinnakkaisresonanssin kanssa: Rinnakkaispiirissä vastuksissa, kondensaattoreissa ja induktoreissa esiintyy vaiheilmiö jännitteen ja piirin kokonaisvirran välillä, jota kutsutaan rinnakkaisresonanssiksi. Sen ominaispiirre on, että rinnakkaisresonanssi on täysin kompensoitu menetelmä, joka ei vaadi loistehoa, vaan tuottaa vain pätötehovastuksen tarvitseman tehon, mikä tuottaa resonanssia piirin kokonaisvirran minimoimiseksi, ja haaravirta on yleensä suurempi kuin piirin kokonaisvirta. Siksi rinnakkaisresonanssi tunnetaan myös virtaresonanssina.
Ominaisuudet ja erot sarjan resonanssi ja rinnakkaisresonanssi:
1. Kuormaresonanssitila voidaan jakaa kahteen tyyppiin: rinnakkaisinvertteri ja sarjainvertteri. Tärkeimmät tekniset ominaisuudet ja erot sarja- ja rinnakkaisinvertterien välillä ovat seuraavat:
Sarjainvertterien ja rinnakkaisinvertterien välinen ero on niiden käyttämissä erilaisissa värähtelypiireissä, joista ensimmäinen on sarjassa L:n, R:n ja C:n kanssa ja jälkimmäinen rinnakkain L:n, R:n ja C:n kanssa.
(1) Sarjainvertterin kuormituspiirillä on alhainen impedanssi virransyötön suhteen ja se on saatava jännitelähteestä. Siksi tasasuuntautunut ja suodatettu tasavirtalähdeliitin on kytkettävä suureen suodatuskondensaattoriin. Kun vaihtosuuntaaja toimii väärin, syntyy suuri ylijännite, mikä vaikeuttaa suojaamista.
Rinnakkaisinvertterin kuormituspiirillä on korkea impedanssi teholähteelle ja se vaatii virtalähteen. Invertterin vikaantuessa virtaa rajoittaa kuitenkin korkea reaktanssi, jolla on pieni vaikutus ja joka on helppo suojata.
(2) Sarjainvertterin tulojännite on vakio ja lähtöjännite on suorakaiteen muotoinen aalto. Lähtövirta on suunnilleen siniaalto, ja muunnin johtaa aina kulmajännitteen, kun tyristorivirta on nolla.
Rinnakkaisinvertterin tulovirta on vakio, lähtöjännite on suunnilleen siniaalto ja lähtövirta suorakaiteen muotoinen aalto. Ennen kuin resonanssikondensaattorin jännite ylittää nollan, muuntimen kuormitusvirta on aina jännitekulman edessä. Toisin sanoen molemmat toimivat kapasitiivisilla kuormilla.
(3) Sarjainvertteri on vakiojännitelähdevirtalähde. Jotta vältetään tyristorien samanaikainen johtuminen invertterin ylä- ja alasiltavarressa, mikä voi aiheuttaa oikosulun invertterin virransyötössä, on varmistettava, että se kytketään ensin pois päältä ja sitten päälle. Toisin sanoen kaikki tyristorit (muut tehoelektroniikkalaitteet) tulee sammuttaa tietyksi ajaksi (t). Hajainduktanssi, joka viittaa DC-liittimestä laitejohtimeen induktanssin synnyttämään indusoituneeseen potentiaaliin, voi vahingoittaa laitetta, joten laitteelle on valittava sopiva ylijänniteabsorptiopiiri. Lisäksi sen varmistamiseksi, että kuormitusvirta on jatkuvaa ja tyristoriin ei vaikuta muuntimen kondensaattorin korkea jännite tyristorin sammutusjakson aikana, tyristorin molemmissa päissä on oltava vastasuuntainen nopea diodi.
Rinnakkaisinvertteri on vakiovirtalähdevirtalähde. Suodattimen reaktanssin Ld synnyttämän suuren indusoituneen potentiaalin välttämiseksi virran tulee olla jatkuvaa. Toisin sanoen on varmistettava, että invertterin ylemmän ja alemman siltavarren tyristorit kytketään ensin päälle ja sitten pois päältä muuntimen aikana, eli kaikki tyristorit ovat johtavassa tilassa muuntimen (t) aikana. Tässä vaiheessa, vaikka invertterin siltavarsi on kytketty suoraan, Ld on tarpeeksi suuri, jotta se ei aiheuta oikosulkua tasavirtalähteessä. Pitkä kommutointiaika kuitenkin heikentää järjestelmän tehokkuutta, joten on välttämätöntä lyhentää t-gammaa, eli pienentää Lk:n arvoa.
(4) Sarjainvertterin toimintataajuuden on oltava pienempi kuin kuormituspiirin luonnollinen värähtelytaajuus, eli sopivan ajan varmistamiseksi. Muuten invertteri ei toimi kunnolla ylä- ja alaosan välisen suoran yhteyden vuoksi. Invertterin siltavarsi.
Rinnakkaisinvertterin toimintataajuuden tulee olla hieman suurempi kuin kuormituspiirin luonnollinen värähtelytaajuus, jotta varmistetaan sopiva vastajänniteaika t, muuten se aiheuttaa vikoja tyristorimuuntimessa. Jos se on kuitenkin liian korkea, tyristorin käänteinen jännite muuntimen aikana on liian korkea, mikä ei ole sallittua.
(5) Sarjainverttereille on olemassa kaksi tehonsäätömenetelmää: DC-syötön jännitteen Ud muuttaminen tai tyristorin liipaisutaajuuden muuttaminen, eli kuorman tehokertoimen cos muuttaminen.
Rinnakkaisinvertterien tehonsäätötila voi muuttaa vain tasavirtalähteen jännitettä Ud, ja cos phi:n muuttaminen lisää myös invertterin lähtöjännitettä ja tehoa, mutta sallittu säätöalue on hyvin pieni.
(6) Sarjainvertterin muuntimessa tyristori sammuu luonnollisesti. Ennen sammuttamista virta pienenee vähitellen nollaan, joten sammutusaika on lyhyt ja häviö pieni. Tyristorilla on kommutointijakson aikana pidempi sammutusaika (t+t -).
Rinnakkaisinvertterin muuntimessa tyristori pakotetaan sammumaan täyden virran käytön aikana. Kun virta on pakotettu laskemaan nollaan, vaaditaan käänteisjänniteaika, joten sammutusaika on pidempi. Sitä vastoin sarjainvertterit sopivat paremmin induktiolämmityslaitteisiin, joissa on korkeammat toimintataajuudet.
(7) Sarjainvertterin tyristorien on kestettävä pienempiä jännitteitä. Käytettäessä 380 V verkkoa virransyötössä tulee käyttää 1200 V tyristoreita. Kuitenkin kaikkien kuormituspiirin virtojen, mukaan lukien aktiivisten ja loistehokomponenttien, tulisi virrata tyristorin läpi. Jos invertterityristori menettää pulssinsa, se vain pysäyttää värähtelyn eikä aiheuta invertterin kaatumista.
Rinnakkaisinvertterin kideportin on kestettävä korkea jännite, ja sen arvo kasvaa nopeasti tehokertoimen kulman kasvaessa. Kuorma itse muodostaa kuitenkin värähtelevän virtasilmukan. Vaihtosuuntaajatyristorin läpi kulkee vain aktiivinen virta, ja kun invertterityristori ajoittain menettää liipaisupulssin, se voi silti ylläpitää värähtelyä ja toimia suhteellisen vakaasti.
(8) Sarjainvertterit voivat olla itsestään-virittyviä tai itse-herättyneitä. Lähtötehoa voidaan säätää muuttamalla invertterin liipaisupulssitaajuutta. Rinnakkaisinvertterit voivat toimia vain itseherätetyssä tilassa.
(9) Sarjainvertterissä tyristorin laukaisupulssi on epäsymmetrinen, eikä se aiheuta tasavirtaa, joka vaikuttaa normaaliin toimintaan. Rinnakkaisinverttereissä invertterityristorin laukaisupulssi on kuitenkin epäsymmetrinen, mikä voi tuoda DC-komponenttivirran ja aiheuttaa vikoja.
(10) Sarjataajuusmuuttaja on helppo käynnistää ja sopii usein käynnistyviin työympäristöihin; Rinnakkaisinvertterit vaativat ylimääräisiä käynnistyspiirejä, joita on vaikea käynnistää.
(11) Sarjainvertterin tyristorien kantaman suorakaiteen muotoisen aaltojännitteen vuoksi du/dt-arvo on suhteellisen suuri ja absorptiopiirillä on keskeinen rooli, kun taas di/dt-vaatimus on suhteellisen pieni. Rinnakkaisinverttereissä invertterityristorien läpi kulkeva virta on suorakaiteen muotoista aaltoa, joten tarvitaan suurempi di/dt ja pienempi du/dt.
(12) Kun sarjainvertterin induktiolämmityskäämin ja invertterin tehon (mukaan lukien kanavakondensaattorit) välinen etäisyys on pitkä, vaikutus lähtötehoon on pieni. Jos käytetään koaksiaalikaapeleita tai spiraalilangat on sijoitettu mahdollisimman lähelle (paremmin kierrettynä yhteen), vaikutus ei ole merkittävä. Rinnakkaisinverttereissä induktiolämmityskäämi tulee sijoittaa mahdollisimman lähelle virtalähdettä (erityisesti kanavakondensaattoria), muuten se vähentää huomattavasti tehoa ja hyötysuhdetta.
(13) Sarjainvertterin induktiokäämin jännite ja välikondensaattorin jännite ovat molemmat Q kertaa invertterin lähtöjännite, ja induktiokäämin läpi kulkeva virta on yhtä suuri kuin invertterin lähtövirta.
Rinnakkaisinvertterin induktiokäämin ja välikondensaattorin jännite on yhtä suuri kuin invertterin lähtöjännite ja niiden läpi kulkeva virta on Q kertaa invertterin lähtövirta.
Yhteenvetona voidaan todeta, että rinnakkaisinverttereillä ja sarjainverttereillä (jota yleensä kutsutaan rinnakkais- tai sarjainvertteriteholähteiksi) on omat tekniset ominaisuutensa ja sovellusalueensa. Teollisuuden lämmityssovellusten näkökulmasta rinnakkaisinverttereitä käytetään laajalti sulatuksessa, eristyksessä, lämmönsiirrossa, induktiolämmityksessä ja muilla aloilla, teho vaihtelee useista kilowateista kymmeniin tuhansiin kilowatteihin. Sarjainverttereitä käytetään laajalti eristyssovelluksissa sekä korkean Q-arvon ja korkean taajuuden induktiolämmityssovelluksissa yhdestä kahteen uunissa, joiden teho vaihtelee useista kilowateista useisiin tuhansiin kilowatteihin. Tällä hetkellä yli 90 % Kiinan teollisuudessa käytettävistä taajuusmuuttajateholähteistä on rinnakkaisia vaihtuvataajuisia virtalähteitä.