4.2、串聯(lián)逆變電路的換流過程

在串聯(lián)逆變電路的結(jié)構(gòu)條件下，負(fù)載電路工作時(shí)，與并聯(lián)逆變電路不同的是，橋臂元件交替導(dǎo)通過程中，橋臂SCR元件的導(dǎo)通角小于180o，SCR元件導(dǎo)通角的補(bǔ)角范圍內(nèi)是反向二極管導(dǎo)通時(shí)間。串聯(lián)逆變電路的換流過程見圖7。

SCR串聯(lián)逆變電路的正弦波電流超前于電壓。換流過程中，振蕩電流過零時(shí)，SCR元件自然關(guān)斷，反向二極管自然導(dǎo)通。SCR元件觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，是負(fù)載電壓換向點(diǎn)，而負(fù)載電流方向雖不改變，但在橋路上卻由反向二極管導(dǎo)通轉(zhuǎn)變成SCR元件導(dǎo)通。以下按時(shí)序分析：

在A時(shí)刻之前，SCR2、SCR4導(dǎo)通，振蕩電流方向?yàn)樨?fù)（與圖中Ia方向相反），A時(shí)刻之后，振蕩電流反向，故D2、D4導(dǎo)通（振蕩電流反向后強(qiáng)迫D2、D4導(dǎo)通），電流流向?yàn)椋簭呢?fù)載右端出發(fā)，經(jīng)D2、L2向?yàn)V波電容反向充電后，經(jīng)L4、D4回到負(fù)載左端。

在AB區(qū)間，SCR1、SCR3承受正向電壓。

到B時(shí)刻，觸發(fā)SCR1、SCR3，出現(xiàn)換流過程：電流從濾波電容正極性端出發(fā)，經(jīng)L1、SCR1、負(fù)載電路、SCR3，回到濾波電容負(fù)端。此過程中，負(fù)載電流方向沒有變化，濾波電容的電流方向變了（從吸入電流變?yōu)楣┏鲭娏鳎Ｍ瑫r(shí)，由于SCR1、SCR3觸發(fā)導(dǎo)通，B點(diǎn)之前負(fù)載電路與電源的電位跨接狀態(tài)是左側(cè)與電源負(fù)端聯(lián)接，右側(cè)與電源正端聯(lián)接；B點(diǎn)后變?yōu)樨?fù)載電路的左側(cè)與電源正端聯(lián)接，右側(cè)與電源負(fù)端聯(lián)接；故中頻電壓的方向在B點(diǎn)發(fā)生改變（由負(fù)變正）。

在C、D點(diǎn)電路工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變方式同前。

由上述分析可見，在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，SCR元件和反向二極管是交替導(dǎo)通的，在振蕩電流過零點(diǎn)，SCR元件自然關(guān)斷，反向二極管自然導(dǎo)通。且只有在反向二極管導(dǎo)通后，對(duì)角橋臂的SCR元件才有導(dǎo)通條件。

在SCR元件觸發(fā)后的換流過程中，是強(qiáng)迫換流過程，即此時(shí)的振蕩電流已為較大值，從反向二極管轉(zhuǎn)到SCR元件。

上述換流過程中，在AB區(qū)間和CD區(qū)間，是負(fù)載能量返回到濾波電容的過程；在BC區(qū)間和DA區(qū)間，是濾波電容向負(fù)載輸送能量的過程。如果推遲觸發(fā)時(shí)間，擴(kuò)大AB區(qū)間和CD區(qū)間的角度，甚至使AB區(qū)間和BC區(qū)間趨于相等，即負(fù)載的輸入能量和反饋能量相差無幾時(shí)，負(fù)載振蕩就會(huì)削弱，振蕩電壓就會(huì)降低，負(fù)載的平均功率也會(huì)減小。

串聯(lián)逆變電路的上述特性奠定了調(diào)節(jié)換流角來改變運(yùn)行功率的理論基礎(chǔ)，故不需調(diào)節(jié)直流電壓成為串聯(lián)逆變電路的重要優(yōu)點(diǎn)。

上述分析可見，先前導(dǎo)電的SCR元件在振蕩電流過零點(diǎn)關(guān)斷，此后反向二極管導(dǎo)通；如果待開通元件提前觸發(fā)，先前導(dǎo)電元件還未恢復(fù)阻斷能力，也會(huì)發(fā)生橋臂直通短路故障。故此應(yīng)確保換流時(shí)間大于SCR元件的關(guān)斷時(shí)間。

串聯(lián)逆變電路中，直流電源以電壓源的形式向負(fù)載電路傳輸能量，基本關(guān)系式（3）和（4）所顯示的關(guān)系在串聯(lián)逆變電路仍然成立。不同的是，式（3）中的Ua是方波電壓的基波有效值，且有Ua=0.9Ud的關(guān)系，故用（3）、（4）導(dǎo)出：

Ia=1.1Id/cosΦ                   （6）

式（6）給出了全橋串聯(lián)逆變電路中，中頻電流與直流電流的關(guān)系。由于串聯(lián)逆變電路允許在較大的換流角條件下運(yùn)行，當(dāng)換流角為75o時(shí)，中頻電流有效值可為直流電流的4.25倍。

由于負(fù)載電流超前于電壓，串聯(lián)逆變電路的運(yùn)行特性為容性，工作頻率低于諧振頻率，電容電壓高于電感（負(fù)載）電壓。

串聯(lián)逆變電路中，負(fù)載電壓可在很寬的范圍內(nèi)變化，一方面，隨著換流角減小，電路越接近諧振狀態(tài)，負(fù)載電壓也越高。中頻電壓有效值可由下式近似計(jì)算。

Ua=0.9Ud*Q*cosΦ               （7）

式中：Q---負(fù)載電路的品質(zhì)因數(shù)

上式說明，負(fù)載電壓與負(fù)載電路的Q值和換流角相關(guān)。

由于負(fù)載電路的Q值較高，使相同進(jìn)線電壓下的串聯(lián)逆變電路負(fù)載電壓遠(yuǎn)高于并聯(lián)逆變電路的負(fù)載電壓，過高的負(fù)載電壓使安全運(yùn)行的可靠性降低，也使熔煉爐的結(jié)構(gòu)耐壓條件惡化。故當(dāng)前熔煉負(fù)載使用的串聯(lián)逆變電路多為半橋式結(jié)構(gòu)，在相同的進(jìn)線電壓條件下，半橋電路結(jié)構(gòu)的負(fù)載電壓僅為全橋結(jié)構(gòu)負(fù)載電壓的一半。