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態高頻感應加熱設備逆變器研究

編輯:永康市建金電子設備廠  時間:2016-08-27

固態高頻感應加熱設備逆變器研究

   感應加熱設備電源在金屬熱處理工業中有很廣泛的應用,從透熱、熔煉、鑄造、軋鋼到淬火、回火、退火、焊接、烘干一直到一些特殊的應用如容器封口和光纖拉晶等,對國民經濟發展有很大的推動作用??梢酝瓿山^大多數工業熱處理的要求。目前對感應加熱電源的研究尤其是對高頻開關電源的研究日益受到重視。

  但由于國內對高頻感應加熱設備電源研究起步較晚,技術相對落后,多采用真空電子管電路結構,效率較低,對電力資源利用不高。為了改善高頻感應加熱電源整體性能,本文將LLC諧振結構應用在感應加熱電源中,以應用全控功率器件為基礎,對工作在高頻狀態下的LLC諧振回路電源的特性和LLC諧振逆變器并聯系統進行了深入的分析和研究。

  文章簡單介紹國內外感應加熱設備的發展現狀和感應加熱中幾個重要概念,并從感應加熱電源的拓撲、調功方式和如何擴容等幾方面介紹了國內外感應加熱電源的研究現狀和發展方向。根據目前國內外高頻感應加熱電源發展中存在的問題,提出采用的LLC諧振拓撲,利用比較成熟的電力電子技術和鎖相環控制設計完成高頻感應加熱電源。

  在簡要分析LC諧振回路的特性基礎上,對LLC諧振回路的特性進行了深入的理論分析和實驗研究。文章根據感應加熱負載的特性和等效電路出發,以達到輸出最大功率為目標,分別分析了輸出電流和輸出電壓、輸出電流和負載電流、輸出電壓和電容電壓之間關系的幅頻特性和相位特性。通過分析可知,在最大功率點處,輸出電流和負載電流的比值和兩個電感比值有關,因此可以通過改變電感的比值來改變電流的傳輸比。同時給出了輸出功率的近似結果。通過仔細考慮電壓型逆變器和諧振拓撲的特性,給出了LLC拓撲中各個參數選擇的原則,根據分析結果選擇輸出電壓和電容電壓的相位角作為鎖相控制的控制變量。

  根據LLC諧振回路的特性,當處理一類特殊的品質因數Q值較低負載時,逆變器的輸出電壓電流相位角很大,增加電源開關損耗,嚴重影響高頻電源的正常工作。因此文章引入了一種改進的LLC諧振回路,通過加入附加電感調整負載品質因數,用來降低輸出電流電壓相位角。理論分析和仿真結果表明這一方案可以在不改變輸出功率和諧振頻率的前提下很好地降低輸出電流電壓相位角。

  為了提高高頻固態感應加熱設備電源的功率和冗余性,通過借鑒UPS中的并聯技術和LLC諧振回路本身特性,考慮將LLC諧振回路應用在并聯電壓型逆變器中。為了減小高頻電源的器件開關損耗,逆變器采用鎖相技術使其工作在諧振頻率,逆變控制不調節功率,因此LLC并聯電源進行開環控制。文章通過對直流電壓不同,輸出電壓相位不同和串聯的電感不同等三種狀態下的環流情況進行理論分析,得出開環控制并聯電源抑制環流的能力較強。實驗結果驗證理論分析的正確性,另一方面為下一步設計和研究固態高頻并聯感應加熱設備電源提供了依據。


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