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4.2、串聯逆變電路的換流過程

在串聯逆變電路的結構條件下，負載電路工作時，與并聯逆變電路不同的是，橋臂元件交替導通過程中，橋臂SCR元件的導通角小于180o，SCR元件導通角的補角范圍內是反向二極管導通時間。串聯逆變電路的換流過程見圖7。

SCR串聯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，SCR元件自然關斷，反向二極管自然導通。SCR元件觸發導通時，是負載電壓換向點，而負載電流方向雖不改變，但在橋路上卻由反向二極管導通轉變成SCR元件導通。以下按時序分析：

在A時刻之前，SCR2、SCR4導通，振蕩電流方向為負（與圖中Ia方向相反），A時刻之后，振蕩電流反向，故D2、D4導通（振蕩電流反向后強迫D2、D4導通），電流流向為：從負載右端出發，經D2、L2向濾波電容反向充電后，經L4、D4回到負載左端。

在AB區間，SCR1、SCR3承受正向電壓。

到B時刻，觸發SCR1、SCR3，出現換流過程：電流從濾波電容正極性端出發，經L1、SCR1、負載電路、SCR3，回到濾波電容負端。此過程中，負載電流方向沒有變化，濾波電容的電流方向變了（從吸入電流變為供出電流）。同時，由于SCR1、SCR3觸發導通，B點之前負載電路與電源的電位跨接狀態是左側與電源負端聯接，右側與電源正端聯接；B點后變為負載電路的左側與電源正端聯接，右側與電源負端聯接；故中頻電壓的方向在B點發生改變（由負變正）。

在C、D點電路工作狀態的轉變方式同前。

由上述分析可見，在一個周期時間內，SCR元件和反向二極管是交替導通的，在振蕩電流過零點，SCR元件自然關斷，反向二極管自然導通。且只有在反向二極管導通后，對角橋臂的SCR元件才有導通條件。

在SCR元件觸發后的換流過程中，是強迫換流過程，即此時的振蕩電流已為較大值，從反向二極管轉到SCR元件。

上述換流過程中，在AB區間和CD區間，是負載能量返回到濾波電容的過程；在BC區間和DA區間，是濾波電容向負載輸送能量的過程。如果推遲觸發時間，擴大AB區間和CD區間的角度，甚至使AB區間和BC區間趨于相等，即負載的輸入能量和反饋能量相差無幾時，負載振蕩就會削弱，振蕩電壓就會降低，負載的平均功率也會減小。

串聯逆變電路的上述特性奠定了調節換流角來改變運行功率的理論基礎，故不需調節直流電壓成為串聯逆變電路的重要優點。

上述分析可見，先前導電的SCR元件在振蕩電流過零點關斷，此后反向二極管導通；如果待開通元件提前觸發，先前導電元件還未恢復阻斷能力，也會發生橋臂直通短路故障。故此應確保換流時間大于SCR元件的關斷時間。

串聯逆變電路中，直流電源以電壓源的形式向負載電路傳輸能量，基本關系式（3）和（4）所顯示的關系在串聯逆變電路仍然成立。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的關系，故用（3）、（4）導出：

Ia=1.1Id/cosΦ                   （6）

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

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

串聯逆變電路中，負載電壓可在很寬的范圍內變化，一方面，隨著換流角減小，電路越接近諧振狀態，負載電壓也越高。中頻電壓有效值可由下式近似計算。

Ua=0.9Ud*Q*cosΦ               （7）

式中：Q---負載電路的品質因數

上式說明，負載電壓與負載電路的Q值和換流角相關。

由于負載電路的Q值較高，使相同進線電壓下的串聯逆變電路負載電壓遠高于并聯逆變電路的負載電壓，過高的負載電壓使安全運行的可靠性降低，也使熔煉爐的結構耐壓條件惡化。故當前熔煉負載使用的串聯逆變電路多為半橋式結構，在相同的進線電壓條件下，半橋電路結構的負載電壓僅為全橋結構負載電壓的一半。