固態(tài)高頻LLC電壓型感應加熱諧振逆變器研究.pdf

1、感應加熱電源在金屬熱處理工業(yè)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(jīng)濟發(fā)展有很大的推動作用?？梢酝瓿山^大多數(shù)工業(yè)熱處理的要求。目前對感應加熱電源的研究尤其是對高頻電源的研究日益受到重視。但由于國內(nèi)對高頻感應加熱電源研究起步較晚，技術相對落后，多采用真空電子管電路結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)應用

2、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(tài)下的LLC諧振回路電源的特性和LLC諧振逆變器并聯(lián)系統(tǒng)進行了深入的分析和研究。 文章簡單介紹國內(nèi)外感應加熱的發(fā)展現(xiàn)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(diào)功方式和如何擴容等幾方面介紹了國內(nèi)外感應加熱電源的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向。根據(jù)目前國內(nèi)外高頻感應加熱電源發(fā)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(huán)控制設計完成高頻感應加熱電

3、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(jù)感應加熱負載的特性和等效電路出發(fā)，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(jié)果。通過仔細考慮電壓型逆

4、變器和諧振拓撲的特性，給出了LLC拓撲中各個參數(shù)選擇的原則，根據(jù)分析結(jié)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(jù)LLC諧振回路的特性，當處理一類特殊的品質(zhì)因數(shù)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(diào)整負載品質(zhì)因數(shù)，用來降低輸出電流電壓相位角。理論分析和仿真結(jié)果表明這一方案可以在不改變輸出功率和諧振頻

5、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(tài)感應加熱電源的功率和冗余性，通過借鑒UPS中的并聯(lián)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(lián)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(diào)節(jié)功率，因此LLC并聯(lián)電源進行開環(huán)控制。文章通過對直流電壓不同，輸出電壓相位不同和串聯(lián)的電感不同等三種狀態(tài)下的環(huán)流情況進行理論分析，得出開環(huán)控制并聯(lián)電源抑制環(huán)流的能力

6、較強。實驗結(jié)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(tài)高頻并聯(lián)感應加熱電源提供了依據(jù)。 根據(jù)以上理論分析，最后完成一臺10kW、310kHz并聯(lián)的實驗樣機。樣機是一臺完整的電源系統(tǒng)，主電路由晶閘管整流電路和電壓型橋式逆變電路組成，控制電路包括電壓調(diào)節(jié)控制和鎖相控制。同時給出系統(tǒng)雙環(huán)結(jié)構(gòu)和保護原理。實驗表明，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作在最大功率點處，保證系統(tǒng)輸出最大功率同時滿足電流變換的要求。在不同的負載下，有良好的適應性，系