現(xiàn)代電力電子器件論文-電力電子器件在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用

1、<p>　　Modern Power Electronics Technology</p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　2015年6月</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本論文介紹了電力電子器件在高頻

2、感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用。首先介紹了電力電子器件的發(fā)展?fàn)顩r。然后對感應(yīng)加熱的原理進(jìn)行了分析。先對簡單模塊進(jìn)行分析，再對高頻感應(yīng)電源的組成進(jìn)行了分析。高頻感應(yīng)電源的逆變器有兩種常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——電壓型的串聯(lián)諧振和電流型的并聯(lián)諧振。在第3章中對兩種逆變器的原理進(jìn)行了分析。接著分析了調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電源功率的調(diào)節(jié)方式,其中包括PFM，PDM，PWM和直流調(diào)功。在講解調(diào)功方式時，以分析開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖為研究對象，分析它們對電路中輸出功率的影響。針對直流

3、斬波調(diào)功有著工作在硬開關(guān)方式，開關(guān)損耗高，對器件的要求比較高的缺點(diǎn)，提出了可以應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)來克服這些缺點(diǎn)。分析了ZVS和ZCS技術(shù)，并且通過實際的緩沖電路來實現(xiàn)軟PWM。在第4章中，分析了倍頻高頻感應(yīng)加熱電源，該電源采用IGBT，通過對電源的電路，來講解了倍頻高頻感應(yīng)加熱電源的工作原理。在論文的最后，講述了本人學(xué)習(xí)Modern power electronic technology課程的感受。</p><p>

4、　　關(guān)鍵字：感應(yīng)加熱 調(diào)功 軟開關(guān)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 電力電子技術(shù)的發(fā)展1</p><p>　　1.1整流器時代1</p><p>　　1.2逆變器時代1</p><p>　　1.3變頻器時代2</p><p>　　2

5、 感應(yīng)加熱的原理2</p><p>　　3 高頻感應(yīng)加熱電源的電路原理4</p><p>　　3.1 諧振電路的分析4</p><p>　　3.1.1 串聯(lián)諧振電路5</p><p>　　3.1.2 并聯(lián)諧振電路6</p><p>　　3.2 逆變器的結(jié)構(gòu)分析6</p><p>　　

6、3.2.1 電壓型串聯(lián)形式逆變器6</p><p>　　3.2.2 電流型并聯(lián)形式逆變器8</p><p>　　3.3 感應(yīng)加熱電源的調(diào)功方法10</p><p>　　3.3.2 脈沖密度調(diào)制法PDM11</p><p>　　3.3.3 PWM12</p><p>　　3.3.4 直流調(diào)功13</p&

7、gt;<p>　　3.4 軟開關(guān)技術(shù)14</p><p><b>　　3.5 小結(jié)16</b></p><p>　　4 倍頻高頻感應(yīng)加熱電源原理分析17</p><p>　　5 課程的學(xué)習(xí)感受17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><

8、;p>　　1 電力電子技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初以功率MOS-FET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身

9、的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件的出現(xiàn)和發(fā)展,表明了電力電子技術(shù)已由傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)時代進(jìn)入到了現(xiàn)代電力電子時代。</p><p><b>　　1.1整流器時代</b></p><p>　　1948年普通晶體管的發(fā)明引起了電子工業(yè)革命。半導(dǎo)體器件首先應(yīng)用于小功率領(lǐng)域,如通信、信息處理的計算機(jī)。1957年,從美國通用電氣公司研制第一個工業(yè)用的普通晶閘管開始,已經(jīng)大大擴(kuò)展了半導(dǎo)體器

10、件功率控制的范圍。電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)的變流機(jī)組、靜止的離子變流器進(jìn)入到以電力半導(dǎo)體器件組成的變流器時代,這標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。晶閘管為電力電子學(xué)科的建立立下了汗馬功勞。大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約有20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高

11、效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。因?在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。晶閘管是半控型器件,不能自關(guān)斷,屬于第一代電力電子器件。</p><p><b>　　1.2逆變器時代</b></p><p>　　七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻調(diào)速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?— 100Hz的交

12、流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)成為當(dāng)時電力電子器件的主角。這些器件是可控制關(guān)斷(即自關(guān)斷的)電力電子器件(全控型器件),屬于第二代電力電子器件。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。</p><p><b>　　

13、1.3變頻器時代</b></p><p>　　進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件。首先是功率MOSFET的問世,導(dǎo)致了電力電子應(yīng)用技術(shù)(中小型功率)向高頻化發(fā)展,而后絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為電力電子應(yīng)用技術(shù)(大中型功率)向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。M

14、OSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率MOSFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域已成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電力電子技術(shù)不斷向高頻化、集成化、全控化、電路形式弱電化和控制技術(shù)數(shù)字化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材、節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提

15、供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p><b>　　2 感應(yīng)加熱的原理</b></p><p>　　電磁感應(yīng)原理廣泛用于電動機(jī)，發(fā)電機(jī)，變壓器和通信等方面，然而這些應(yīng)用中，任何熱效應(yīng)都被看成是一種有害的副作用。感應(yīng)加熱恰恰是相反的。感應(yīng)加熱是利用交變磁場中閉合導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的渦流和磁滯損失作用于金屬體而引起的熱效應(yīng)。它能在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱能，從而對金屬進(jìn)行加熱。它的

16、工作原理如圖2-1所示。</p><p>　　圖 2.1 熱感應(yīng)加熱原理</p><p>　　電流通過線圈產(chǎn)生交變的磁場。當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通過金屬器件時，交變的磁力線穿透金屬器件形成回路，故在其橫截面內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，此電流稱為渦流，可以使金屬迅速發(fā)熱，從而達(dá)到加熱的目的。</p><p>　　當(dāng)感應(yīng)線圈上通過上述交變電流i時，線圈內(nèi)部會產(chǎn)生相同頻率的交變磁通，交變

17、磁通是按正弦規(guī)律變化的，則有</p><p><b>　　(2.1) </b></p><p>　　在公式（2.1）中為交變磁通的最大值。</p><p>　　則可得到感應(yīng)電動勢為：</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　在公式（2.2）中，N

18、是線圈的匝數(shù)。</p><p>　　因此，感應(yīng)電動勢的有效值為：</p><p><b>　　（2.3）</b></p><p>　　在公式式（2.3)中,f為交變電流的頻率：</p><p>　　在金屬導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的渦流值與感應(yīng)電動勢和渦流回路的阻抗Z相關(guān)，</p><p><b>　　

19、（2.4）</b></p><p>　　在公式（2.4）中：</p><p>　　R為渦流回路等效電阻，為渦流回路等效的感抗。</p><p>　　感應(yīng)加熱通過感應(yīng)線圈把電能傳遞給要加熱的金屬，然后電能在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。感?yīng)線圈不直接接觸被加熱的工件，能量是通過電磁感應(yīng)傳遞的，故感應(yīng)加熱屬于非接觸式工件加熱，其產(chǎn)生熱量的功率為：</p>

20、<p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　P為渦流作用在加熱工件上所產(chǎn)生的熱量。</p><p><b>　　為電流的有效值。</b></p><p>　　由式（2.5）可以看出，當(dāng)負(fù)載固定時，發(fā)熱功率與頻率的大小和磁場的強(qiáng)弱有關(guān)，感應(yīng)線圈中流過的電流越大，其產(chǎn)生的磁通也就越大。因此提高線圈中

21、的電流可以使金屬中產(chǎn)生的渦流加大。同樣提高工作頻率也會使工件中的感應(yīng)電流加大，從而增加發(fā)熱效果，使得金屬升溫更快。另外，渦流的大小與工件的截面大小，截面形狀，導(dǎo)電率，導(dǎo)磁率以及透入深度有關(guān)。</p><p>　　3 高頻感應(yīng)加熱電源的電路原理</p><p>　　如圖3.1 所示，其為電源的基本結(jié)構(gòu)圖，其變換的形式為：AC-DC-AC,電路基本由四部分組成，即：整流電路，逆變電路，控制電路

22、，負(fù)載電路，而且隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和革新，以及半導(dǎo)體器件技術(shù)不斷完善，感應(yīng)電源的結(jié)構(gòu)也在不斷地改進(jìn)和完善。</p><p>　　圖 3.1 高頻感應(yīng)電源結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　經(jīng)過整流電路，我們可以將交流電變成脈動直流電。經(jīng)過濾波電路，再得到平滑的直流電。逆變器將DC轉(zhuǎn)化為感應(yīng)加熱負(fù)載的高頻交流電AC?？刂齐娐窞榭煽卣麟娐诽峁┮葡嗫刂朴|發(fā)脈沖和為逆變橋提供驅(qū)動脈沖。為反饋信號

23、電壓，提供過流以及頻率跟蹤信號。下面將重點(diǎn)介紹逆變橋和諧振電路。</p><p>　　3.1 諧振電路的分析</p><p>　　高頻感應(yīng)加熱電源有兩種電路結(jié)構(gòu)。一種是電壓型的串聯(lián)諧振，一種是電流型的并聯(lián)諧振。下面我們就兩種形式分別進(jìn)行討論。</p><p>　　3.1.1 串聯(lián)諧振電路</p><p>　　圖 3.2 RLC串聯(lián)諧振電路&l

24、t;/p><p>　　假設(shè)電源的內(nèi)阻為零。</p><p><b>　　（3.1）</b></p><p>　　輸入阻抗Z（jw）為：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　諧振頻率為wo，當(dāng)w=wo時，X（wo）=0 。這種電路狀態(tài)我們稱之為串聯(lián)諧

25、振。諧振頻率為：</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p>　　諧振頻率因電路而唯一確定，阻抗電流與頻率的關(guān)系如下圖3.3所示。</p><p>　　圖 3.3 阻抗電流與頻率的關(guān)系</p><p>　　3.1.2 并聯(lián)諧振電路</p><p>　　圖 3.4 并聯(lián)諧振電路&

26、lt;/p><p>　　假設(shè)電源的內(nèi)阻為零。</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　輸入阻抗Y（jw）為：</p><p><b>　　（3.5）</b></p><p>　　諧振頻率為wo，當(dāng)w=wo時，Y（wo）=0 。這種電路狀態(tài)我們稱之為并聯(lián)

27、諧振。諧振頻率為：</p><p><b>　　（3.6）</b></p><p>　　3.2 逆變器的結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　3.2.1 電壓型串聯(lián)形式逆變器</p><p>　　在串聯(lián)形式下的逆變器，供電電源一般是電壓源。在圖3.5中，一個大容量的電容與整流器并聯(lián)，構(gòu)成了所需要的電壓源。逆變器輸入端的電壓值決定

28、了交變電壓的幅值，頻率取決于器件的開關(guān)頻率。</p><p>　　圖 3.5 電壓型串聯(lián)諧振電路</p><p>　　圖中C為補(bǔ)償電容，R,L為包含負(fù)載在內(nèi)的負(fù)載等值電阻和電感。交替開通和關(guān)斷逆變器上的可控器件就可以在逆變器的輸出端得到交變的方波電壓。它的幅值取決于逆變器的輸入端的電壓值，頻率取決于開關(guān)頻率。串聯(lián)逆變器根據(jù)負(fù)載電壓和電流的相位關(guān)系可能工作于三種工作狀態(tài)下：諧振，感性和容性狀

29、態(tài)。在串聯(lián)逆變器中，為了避免開關(guān)器件因短路電流而損壞，在開關(guān)器件換流過程中，上，下橋臂IGBT必須遵守先關(guān)斷后開通的原則，即應(yīng)該留有死區(qū)時間。</p><p>　　由分析可知，不同的頻率，電路可能會有三種不同的工作狀態(tài)。如圖3.6 所示。</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b>

30、;</p><p><b>　　(c)</b></p><p>　　圖 3.6 電壓型串聯(lián)諧振電路</p><p>　　中由于并聯(lián)電容的作用，電壓波形為方波，正弦波是理想電流波形。從圖中可以看出，電壓和電流的相位一致，此時電路工作在諧振狀態(tài)。</p><p>　　中電流超前電壓，逆變器工作在容性狀態(tài)。</p>

31、<p>　　中電流滯后電壓，逆變器工作在感性狀態(tài)。</p><p>　　3.2.2 電流型并聯(lián)形式逆變器</p><p>　　在并聯(lián)形式下的逆變器中，一般采用電流源供電。為了得到理想的交變電流方波，整流器的輸出端串聯(lián)一個大電感。在逆變器的輸入端因為大電感的存在，可以近似認(rèn)為電流是固定不變的，其電流幅值取決于逆變器的輸入端電流值，頻率取決于器件的開關(guān)頻率。如圖3.7所示：<

32、;/p><p>　　圖 3.7 電流型并聯(lián)諧振逆變電路</p><p>　　如圖3.7所示，補(bǔ)償電容和負(fù)載線圈（L和R）并聯(lián)作為逆變橋的負(fù)載，這種逆變器稱為并聯(lián)諧振式逆變器。當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)不是1時，負(fù)載的無功電壓分量便會加在開關(guān)器件上，為了避免IGBT承受反向電壓而損壞，必須用快速二極管與IGBT串聯(lián)。根據(jù)負(fù)載電壓電流相位關(guān)系，并聯(lián)逆變器可能工作在三個狀態(tài)：諧振，感性和容性狀態(tài)。由于大電感的存

33、在，為了保持電流連續(xù)，在換流過程中，上下橋臂IGBT必須遵守先開通后關(guān)斷的原則，即應(yīng)有一段重疊時間。該換流重疊時間的長短與逆變器輸出電感密切相關(guān)，電感越大，時間就越長。</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p><b>　　(c)</b>&

34、lt;/p><p>　　圖 3.8 電流型并聯(lián)諧振逆變電路</p><p>　　中并聯(lián)諧振逆變電路處于諧振狀態(tài)，此時電流為方波，電壓為正弦波。逆變器工作在諧振狀態(tài)時，功率因數(shù)近似為1 。</p><p>　　中并聯(lián)諧振電路處于感性狀態(tài)。</p><p>　　中并聯(lián)諧振電路處于容性狀態(tài)。</p><p>　　3.3 感應(yīng)加熱

35、電源的調(diào)功方法</p><p>　　由于并聯(lián)諧振電路的調(diào)功比較復(fù)雜。在這里，以串聯(lián)諧振電路分析為主。在電路的整流側(cè)和逆變側(cè)都可以采用調(diào)功。但是兩種調(diào)功是不同的，在整流側(cè)我們采用了電壓調(diào)功，電壓調(diào)功是指在輸入端控制輸入電流或電壓的大小來控制輸入功率。在逆變側(cè)，則可以采用PFM調(diào)功，PDM調(diào)功，PWM調(diào)功等方法。下面將對它們進(jìn)行分析。</p><p><b>　　3.3.1 PFM&

36、lt;/b></p><p>　　PFM調(diào)頻調(diào)功感應(yīng)加熱電源的主電路如圖3.9所示。</p><p>　　圖 3.9 PFM調(diào)功電路</p><p>　　PFM調(diào)功是最簡單一種調(diào)功方式，通過改變逆變器工作頻率，從而改變負(fù)載等效阻抗以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的輸出的目的。串聯(lián)感應(yīng)加熱負(fù)載的等效阻抗為：</p><p><b>　　即<

37、/b></p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　當(dāng)逆變器的開關(guān)頻率f變化時，負(fù)載的功率和頻率特性如下圖3.10所示。</p><p>　　負(fù)載的功率在fo處時是最大的，而偏離這個頻率時，負(fù)載功率都會降低。</p><p>　　圖 3.10 PFM功頻特性曲線</p><

38、;p>　　PFM調(diào)功方式時逆變調(diào)功中最簡單的，屬于頻率開環(huán)調(diào)節(jié)。這種調(diào)功方式主要缺點(diǎn)是工作頻率在調(diào)功過程中，不停地變化。</p><p>　　3.3.2 脈沖密度調(diào)制法PDM</p><p>　　PDM工作原理圖如圖3.11 。它是通過控制脈沖密度向負(fù)載饋送能量的時間比來控制輸出頻率。簡單地說，就是以負(fù)載的諧振周期作為一個調(diào)功單位?？偣?00個調(diào)功單位，在N個單位逆變器向負(fù)載輸出功率

39、。剩下的100-N個單位內(nèi)逆變器不工作，負(fù)載以自然頻率逐漸衰減。這樣的話輸出的脈沖為N%，輸出頻率跟脈沖密度存在一定的關(guān)系。因此，調(diào)節(jié)脈沖密度就可以改變輸出功率。</p><p>　　圖 3.11 PDM控制方式原理圖</p><p><b>　　3.3.3 PWM</b></p><p>　　這種逆變器同一橋臂的兩個開關(guān)是互補(bǔ)的，斜對角的兩個

40、開關(guān)同時開通和關(guān)斷。這類逆變器輸出電壓為的方波。如果在控制電路中設(shè)法使原來同相的兩個橋臂開關(guān)錯開一個相位角，使得負(fù)載輸出的交替電壓在交替過程中插入一段零電壓去。這就可以改變輸出電壓的有效值，最終調(diào)節(jié)了輸出功率。</p><p>　　感應(yīng)加熱電源中的PWM要求工作頻率必須能跟蹤負(fù)載的諧振頻率。這種控制方法通常要求使某一橋臂的驅(qū)動脈沖與輸出電流的相位一致，另外一個橋臂的驅(qū)動脈沖與輸出電流的相位可以調(diào)節(jié)。</p&

41、gt;<p>　　根據(jù)超前還是滯后，可以分為兩種PWM方式：降頻式PWM控制和升頻式PWM。</p><p>　　圖 3.12 降頻式PWM</p><p>　　圖3.12中，滯后。在調(diào)節(jié)過程中，輸出脈寬減小的同時，將引起輸出電壓由超前變?yōu)闇?，也就是說頻率在不斷降低。因此這種方式稱為降頻式PWM控制。</p><p>　　圖 3.13 升頻式PWM&

42、lt;/p><p>　　圖3.13中，超前。在調(diào)節(jié)過程中，輸出脈寬減小的同時，將引起輸出電壓更加超前，這是相對于輸出電流的相位。也就是說頻率在不斷的提高。因此這種方式稱為升頻式PWM控制，其中，T2，T4為超前橋臂，T1,T3為滯后橋臂。</p><p>　　兩種PWM有共同的特點(diǎn)：在調(diào)節(jié)輸出電壓的脈寬的同時也改變了負(fù)載的工作頻率。</p><p>　　3.3.4 直流

43、調(diào)功</p><p>　　直流調(diào)功采用相控整流或直流斬波來改變逆變器的輸入直流電壓的大小，從而將逆變器的功率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為直流電壓的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　相控整流調(diào)功</b></p><p>　　由六只晶閘管組成三相全橋可控整流電路如圖3.14所示。</p><p>　　圖 3.14 相控整流電路</p&

44、gt;<p>　　三相全橋可控整流電路是通過控制全控整流橋的開通和關(guān)斷來調(diào)節(jié)直流輸出電壓，可以通過調(diào)節(jié)該電壓的大小來調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電源的輸出功率。然而，對晶閘管初始相位角的調(diào)節(jié)直接影響到電網(wǎng)功率因數(shù)。此外，相控整流換流過程還會影響到電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，由于晶閘管整流存在固有延時，故采用閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)時，其相應(yīng)的快速性較差。</p><p><b>　　直流斬波調(diào)功</b></p

45、><p>　　感應(yīng)加熱電源中的直流斬波調(diào)功方式的調(diào)功原理如圖3.15所示：</p><p>　　圖 3.15 斬波調(diào)節(jié)方式原理圖</p><p>　　前端是三相不可控整流器，輸出的直流電壓Ud，經(jīng)過電容C1濾波后，送入由開關(guān)管T，續(xù)流二極管D1，濾波電感L1和濾波電容C2組成的斬波器，調(diào)節(jié)T的占空比，逆變器得到的電壓為0-Ud之間的電壓。這種方式可以獲得較高的功率因數(shù)，

46、但是開關(guān)管T是工作在硬開關(guān)方式，開關(guān)損耗高，對器件的要求比較高。一般可以采用軟開關(guān)技術(shù)，使得PWM斬波器的主開關(guān)器件為零電壓或者零電流開關(guān)，從而降低開關(guān)損耗。</p><p><b>　　3.4 軟開關(guān)技術(shù)</b></p><p>　　軟開關(guān)技術(shù)就是在切換的過程中，減少電壓和電流重疊的方法。在開關(guān)截止之前使得流過其中的電流為零，這就是零電流開關(guān)（ZCS）。在開關(guān)開通之

47、前先使得開關(guān)兩端的電壓為零，這就是零電壓開關(guān)（ZVS）。</p><p>　　圖 3.16 硬開關(guān)</p><p>　　圖 3.17 軟開關(guān)</p><p>　　緩沖電路是實現(xiàn)軟PWM的有效措施。零電流開關(guān)有兩種電路方式：L型和M型。如圖3.18，</p><p>　　圖3.18 ZCS的L型和M型</p><p>&

48、lt;b>　　其工作原理是：</b></p><p>　　在S開通之前，Lr的電流為零。當(dāng)S開通時，Lr限制S中電流的上升率，從而實現(xiàn)S的零電流開通。當(dāng)S關(guān)斷時，Lr和Cr諧振工作使Lr的電流回到零，從而實現(xiàn)S的零電流關(guān)斷。</p><p><b>　　ZCS的半波模式</b></p><p><b>　　ZCS的全

49、波模式</b></p><p>　　圖 3.19 ZCS的開關(guān)模式</p><p>　　根據(jù)S是單向?qū)ㄟ€是雙向?qū)?，可以將ZCS分為半波模式和全波模式。一般而言，全波模式優(yōu)于半波模式。</p><p><b>　　3.5 小結(jié)</b></p><p>　　調(diào)功方式多種多樣，但是所有的調(diào)功方式都有其自身的優(yōu)缺

50、點(diǎn)，表格3.1中對各種調(diào)功方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。</p><p>　　表格 3.1 調(diào)功方式對比</p><p>　　調(diào)功部分采用不可控整流加DC-PWM斬波的方式可以使電源設(shè)備簡單，功率因數(shù)高，動態(tài)響應(yīng)快，易于控制。逆變部分能夠使負(fù)載工作在諧振狀態(tài)，逆變開關(guān)損耗小。但是存在著斬波器器件工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大。因此，通過適當(dāng)軟開關(guān)方式，可以克服它的缺點(diǎn)。</p>&l

51、t;p>　　4 倍頻高頻感應(yīng)加熱電源原理分析</p><p>　　倍頻高頻感應(yīng)加熱電源采用IGBT，通過在逆變橋的每個IGBT上分別并聯(lián)一個IGBT來實現(xiàn)。每組并聯(lián)的IGBT輪流工作，使得負(fù)載頻率是開關(guān)管工作頻率的二倍。這種技術(shù)可以使感應(yīng)加熱電源的頻率做的更高，功率做的更大。</p><p>　　圖 4.1 倍頻高頻感應(yīng)加熱電源</p><p>　　該電路主要

52、包括3部分：不可控整流器，濾波器，直流斬波器和逆變器。三相交流電源通過不可控整流，經(jīng)過濾波電路得到直流電壓。通過調(diào)節(jié)斬波主開關(guān)S的占空比，可以調(diào)節(jié)斬波器輸出電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)電源的輸出功率。輔助器件Lr與Cr共同構(gòu)成了軟開關(guān)。逆變器由8只IGBT開關(guān)管及負(fù)載電路構(gòu)成，8只IGBT開關(guān)管都并有反向二極管，作為逆變器電壓反向時續(xù)流使用。逆變器的負(fù)載包括補(bǔ)償電容C，高頻變壓器T和加熱線圈。在分析感應(yīng)加熱時，整個負(fù)載可以等效為一個電容和一個電感串聯(lián)

53、的形式。逆變器控制采用數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)，實現(xiàn)逆變側(cè)ZCS，以減小開關(guān)損耗，提高電源利用效率。</p><p><b>　　5 課程的學(xué)習(xí)感受</b></p><p>　　時間過得很快，6周的時間轉(zhuǎn)眼間就過去了。這門課對于我們來說，還是比較有難度的，不是因為內(nèi)容難，而是因為它是英文課。但是，我不得不說。江老師備課很認(rèn)真。首先，PPT上的內(nèi)容做的很到位。通過分析電力電子器件

54、的應(yīng)用電路，來分析電力電子器件的特性。然后再通過分析這些器件的工作曲線圖來解釋電力電子器件的工作原理。盡管這門課是英文的，當(dāng)碰到專業(yè)名詞時，江老師都會在黑板上面寫出這些單詞，并且寫上它的中文注釋。老師的態(tài)度，這是非常值得我們?nèi)W(xué)習(xí)的。</p><p>　　通過對Modern power electronic technology的學(xué)習(xí)。我收獲了很多。首先，鞏固了本科學(xué)習(xí)的電力電子技術(shù)的知識。我們采用半導(dǎo)體電力開關(guān)

55、器件構(gòu)成各種開關(guān)電路，按一定的規(guī)律，周期性地，實時、適式的控制開關(guān)器件的通、斷狀態(tài)，可以實現(xiàn)電力的控制。這是電力電子技術(shù)最大的特點(diǎn)。不僅如此，我們還學(xué)習(xí)到了新一代電力電子器件，如MOSFET，IGBT等開關(guān)器件。對它們的工作原理，已經(jīng)它們在科技領(lǐng)域中的應(yīng)用，都有了一定的了解。還學(xué)習(xí)到了電路中的控制策略。如如何用閉環(huán)控制的方法，來調(diào)試開關(guān)器件的開通和關(guān)斷，從而達(dá)到我們預(yù)想的目的。當(dāng)然，學(xué)習(xí)到的知識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。</p>&l

56、t;p>　　最后我再次也希望通過這篇總結(jié)來表達(dá)自己對江老師的感謝之情，謝謝您的不懈努力，才使得我們在這門課中收獲的這么多，不僅僅是收獲了許多的有用的知識和技巧，我相信在以后的學(xué)習(xí)或者工作中一定有其用武之地。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 高等教育出版社, 1999.</p>

57、<p>　　[2] 渭勛. 現(xiàn)代電力電子技術(shù)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.</p><p>　　[3] 俞勇祥, 陳輝明. 感應(yīng)加熱電源的發(fā)展[J]. 金屬熱處理, 2000 (8): 28-29.</p><p>　　[4] 周美蘭, 李艷萍, 王吉昌. 高頻感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)設(shè)計[J]. 哈爾濱理工 </p><p>　　大學(xué)學(xué)報, 2015,