科学论坛 ＪＴｒ 厂 Ｌ 串联与并联逆变器的特性分析及比较 兰新武 （株洲职业技术学院 湖南 株洲～ 上Ｔ 一一 疆～一“ ｎ ４１２００１） 一 ［摘要］木文从结构特征、保护性能、换流特点、工作频率、功率调节、启动难易等方面，系统地对串联与并联逆变器进行了比较 总结了各自特点，为合理设计和制作感应加热器提供依据。 ［关键词］逆变器 比较 选择 中图分类号：ＴＭ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ Ｏ０９—９１ ４Ｘ（２０１ ０）０６—００４卜０１ 一 密 随着电力电子技术的发展，感应加热在工业生产和日常生活中 的应用越来越广泛，人们对感应加热装置的要求也越来越高。逆变器 是感应加热装置中最核心的部件，它的设计是否合理、它的电路形式 是否适合实际工作环境等，都直接影响感应加热设备的性能，因此逆 变器的选择和设计一直都是各个生产厂家研究的重点和难点。逆变器 的电路型式繁多、分类方法不～。如按逆变器输出的相数，可分为单 相、三相和多相：按电路结构，可分为企桥、半桥或非桥式等。适用 于感应加热的逆变器，多采用单 桥式并联、串联、串并联、倍频和 时间分割式，在实际应用中，又以串联莉Ｉ并联逆变器居多。下面就串 联与并联逆变器进行比较，分析研究各自特点及适用场合。 １、串联逆变器和并联逆变器的结构差别 串联逆变器和并联逆变器的差别，渊于它们所用的振荡电路不同。 前者（如图１）是用Ｌ、Ｒ和Ｃ串联，后者（如图２）是Ｌ、Ｒ和Ｃ并联。 ＾ ’ ｌ＿ ？ 幽１ 幽２ ２、串联逆变器和并联逆变器的比较 （１）串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供 电。因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。 当逆变失败时，浪涌电流火，保护困难。 并联逆变器的负载电路列电源呈现高阻抗，要求由电流源供电， 需在直流电源末端 接大电抗器。在逝变失败时，由于电流受大电抗 限制，冲击不大，较易保护。 （２）串联逆变器的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电 流近似正弦波，换流是在晶闸管卜电流过零以后进行，因而电流总是 超前电压一 角。 并联逆变器的输入电流恒定，输Ｉｎ电压近似正弦波，输出电流 为矩形波，换流是存谐振电容器＿卜电 过零以前进行，负载电流也总 是越前于电噩一中用。这就是｜兑，两者都是：［作在容性负载状态 （３）串联逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸 管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。即 应有一段时间（２１）使所订晶闸管郜处于关断状态。此时的杂散电感， 即从直流端到器仆的引线电感上产生的感生电势，可能使器件损坏， 因而需要选择合适的器件的浪涌电压【１Ｊ主收电路。此外，在晶问管关断 期间．为确保负载电流连续，使晶闸管免受换流电容器上高电压的影 响，必须在晶闸管两端反并联快速二板管。 并联逆变器是垣流源供电，为迎免滤波电抗Ｌｄ Ｉ二产生＿人的感生电 势，电流必须连续。也就是说，必须保汪逆变器 、下桥臂晶闸管在 换流时，是先开通后关断，也即在换流期间内所有晶闸管都处于导通 状态。这时，虽然逆变桥臂直通，由于Ｌｄ足够大，也不会造成直流电 源短路，但换流时间长，会使系统效率降低，凶而需缩短换流时间，即 减小桥臂电感Ｌｋ值。 （４）串联逆变器的工作频率必须低于负载电路的同彳丁振荡频率， 即应确保有合适的换流时间，否则会 逆变器上、下桥臂直通而导致 换流的失败。 ｆ：联逆变器的：［作频率必须略高于负载电路的剧有振荡频率， 以确保有合适的反压时问，否则会导敛晶闸管问换流失败；但若高得 大多，则在换流时晶闸管承受的反向电压会．太高，这是不允许的。 （５）串联逆变器的功率调节方式有二：改变直流电源电压ｙｄ或改 变晶闸管的触发频率，即改变负载功率因数ｃ０Ｓ 。 并联逆变器的功率调节方式，～般只能是改变直流电源电压 Ｕ ｄ。改变Ｃ ０ Ｓ中虽然也能使逆变输出电压升高和功率增大，但所 允许调节范围小。 （６）串联逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断前其电 流已逐渐减小到零，因而关断时间短，在换流时损耗小，关断的 晶闸管受反压的时问较长。 并联逆变器在换流时，晶闸管是在全电流运行中被强迫关断的， 电流被迫降至零以后还需加一段反压时间，因而关断时间较长。相比 之下，串联逆变器更适宜于在工作频率较高的感应加热装置中使用。 （７）串联逆变器的晶闸管所需承受的电压较低，用２８０ｖ电网供电 时，采用ｌ２００ｖ的晶闸管就行，但负载电路的全部电流，包括有功和 无功分量，都需流过晶问管。逆变晶闸管丢失脉冲，只会使振荡停止， 不会造成逆变颠覆。 并联逆变器的晶闸管所需承受的电压高，其值随功率因数角９增 大，而迅速增加。但负载本身构成振荡电流回路。只有有功电流流过 逆变晶闸管，而且逆变晶闸管偶而丢失触发脉冲时，仍可维持振荡，工 作较稳定。 （８）串联逆变器可以自激工作，也可以他激工作 他激工作时，只 需改变逆变触发脉冲频率，即可调节输出功率；而并联逆变器一般只 能工作在白激状态。 （９）在串联逆变器中，晶闸管的触发脉冲不对称，不会引入直流 成分电流而影响正常运行；而在并联逆变器中，逆变晶闸管的触发脉 冲不对称，则会引入直流成分电流而引起故障。 （１Ｏ）串联逆变器起动容易，适用于频繁起动工作的场合：而并联 逆变器需附加起动电路，起动较为困难。 （１１）串联逆变器中的晶闸管由于承受矩形波电压，故ｄｕ／ｄｔ区 较大，吸收电路起着关键作用，而对其ｄ ｉ／ｄ ｔ要求则较低。 在并联逆变器中，流过逆变晶问管的电流是矩形波，因而要求大 的ｄｉ／ｄｔ，而对ｄＵ／ｄｔ的要求则低～ 些。 （１２）串联逆变器的感应加热线圈与逆变电源（包括槽路电容器）的 距离远时，对输出功率的影响较小。如果采用同轴电缆或将来回线尽 靠近（极绞在一起更好）敷设，则 Ｌ乎没有影响。而对并联逆变器来 说，感应ＪＪＩＩ热线圈应尽量靠近电源（特别是槽路电容器）。否则功率输 出和效率都会大幅度降低。 （１ ３）串联逆变器感戍线圈上的电压和槽路电容器上的电压， 都为逆变器输出电压的Ｑ倍，流过感应线圈一卜的电流，等于逆变器 的输出电流。 并联逆变器的感应线圈和槽路电容器 ｝二的电压，都等于逆变器的 输出电压，而流过它们的电流，则都是逆变器输出电流的Ｑ倍。 ３、结语 并联逆变器在逆变失败时，电流受电执器限制，冲击不大容易 保护；逆变器晶闸管只流过有功电流，而且逆变晶闸管偶而丢失触发 脉冲时，仍可维持振荡，：［怍较稳定。而串联逆变器在换流时，晶闸 管是自然犬断的，关断前其电流已逐渐减小到零，因而关断时间短，在 换流时损耗小，更适合频率较高的场合：串联逆变器起动容易，适用 于频繁起动工作的场合。两种逆变器各有特色，只有充分了解其各自 的特点，才能在实际应用中做出最合适的选择。 参考文献： ［１］潘天明《工频和【１１频感应加热炉》［Ｍ］冶金：］二业出版社． １９８３． ［２］兰新武《新型钟罩式多炉膛感戍加热炉的殴计与开发》［Ｊ］ 热加工 【艺．２ ０ ０ ８（１）． 科技博苑ｌ ４１