固態(tài)高頻LLC電壓型感應(yīng)加熱諧振逆變器研究.pdf

1、感應(yīng)加熱電源在金屬熱處理工業(yè)中有很廣泛的應(yīng)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(yīng)用如容器封口和光纖拉晶等，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很大的推動(dòng)作用?？梢酝瓿山^大多數(shù)工業(yè)熱處理的要求。目前對(duì)感應(yīng)加熱電源的研究尤其是對(duì)高頻電源的研究日益受到重視。但由于國內(nèi)對(duì)高頻感應(yīng)加熱電源研究起步較晚，技術(shù)相對(duì)落后，多采用真空電子管電路結(jié)構(gòu)，效率較低，對(duì)電力資源利用不高。為了改善高頻感應(yīng)加熱電源整體性能，本文將LLC諧振結(jié)構(gòu)應(yīng)用

2、在感應(yīng)加熱電源中，以應(yīng)用全控功率器件為基礎(chǔ)，對(duì)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(jìn)行了深入的分析和研究。 文章簡單介紹國內(nèi)外感應(yīng)加熱的發(fā)展現(xiàn)狀和感應(yīng)加熱中幾個(gè)重要概念，并從感應(yīng)加熱電源的拓?fù)洹⒄{(diào)功方式和如何擴(kuò)容等幾方面介紹了國內(nèi)外感應(yīng)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(yīng)加熱電源發(fā)展中存在的問題，提出采用的LLC諧振拓?fù)?，利用比較成熟的電力電子技術(shù)和鎖相環(huán)控制設(shè)計(jì)完成高頻感應(yīng)加熱電

3、源。 在簡要分析LC諧振回路的特性基礎(chǔ)上，對(duì)LLC諧振回路的特性進(jìn)行了深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。文章根據(jù)感應(yīng)加熱負(fù)載的特性和等效電路出發(fā)，以達(dá)到輸出最大功率為目標(biāo)，分別分析了輸出電流和輸出電壓、輸出電流和負(fù)載電流、輸出電壓和電容電壓之間關(guān)系的幅頻特性和相位特性。通過分析可知，在最大功率點(diǎn)處，輸出電流和負(fù)載電流的比值和兩個(gè)電感比值有關(guān)，因此可以通過改變電感的比值來改變電流的傳輸比。同時(shí)給出了輸出功率的近似結(jié)果。通過仔細(xì)考慮電壓型逆

4、變器和諧振拓?fù)涞奶匦裕o出了LLC拓?fù)渲懈鱾€(gè)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(dāng)處理一類特殊的品質(zhì)因數(shù)Q值較低負(fù)載時(shí)，逆變器的輸出電壓電流相位角很大，增加電源開關(guān)損耗，嚴(yán)重影響高頻電源的正常工作。因此文章引入了一種改進(jìn)的LLC諧振回路，通過加入附加電感調(diào)整負(fù)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(yīng)加熱電源的功率和冗余性，通過借鑒UPS中的并聯(lián)技術(shù)和LLC諧振回路本身特性，考慮將LLC諧振回路應(yīng)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(guān)損耗，逆變器采用鎖相技術(shù)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(jìn)行開環(huán)控制。文章通過對(duì)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(jìn)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(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論分析的正確性，另一方面為下一步設(shè)計(jì)和研究固態(tài)高頻并聯(lián)感應(yīng)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(tái)10kW、310kHz并聯(lián)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。樣機(jī)是一臺(tái)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(shí)給出系統(tǒng)雙環(huán)結(jié)構(gòu)和保護(hù)原理。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)處，保證系統(tǒng)輸出最大功率同時(shí)滿足電流變換的要求。在不同的負(fù)載下，有良好的適應(yīng)性，系