并联谐振中频电源(并联谐振中频电源设计与调试)

首页常识更新时间:2023-01-01 05:02:06

LC并联谐振的中频电源中频电压不是等于直流电压,而是高于直流电压呢?

这个问题我想绝大部分业内人士都没有认真去思考过,或者有过疑虑但是没有认真去研究。

当然这个问题以前也曾经困扰过我,但是通过我的分析,其实原因很简单。因为中频炉并非工作在完全的谐振点,而是偏离了一个角度,也就是整个LC谐振回路处于一个过补偿工作状态,致使整个LC谐振槽路呈现一个电容性。我们将LC等效为一个电容就会发现这个电路和自举升压电路几乎一样。没错,中频电压高于直流电压就是因为被自举升压了。

图1并联谐振主电路图

升压过程如下:

当4个可控硅共态导通时,三相整流后的直流电向电抗器储能,等效电路如图2

图2共态导通等效图

且图2中的开关管为导通状态,进一步等效如图3

图3电源向电抗器充电

此时电路中直流供电端与电抗器构成回路,电抗器为充电过程,二极管阻止电容对地放电,电抗器储存能量,时间越长,电感储存能量越多。

当共态导通时间结束时,进入VT1、VT4或者VT2、VT3分别导通时,电路等效回路如下:

图4电容充电等效电路

此时电路构成新的回路,由于电抗器中能量不能突变,所以电抗器将储存的能量经过回路释放出来,流经二极管给电容充电,此时电容充电两端的电压为Vc=VIN VL,由于可控硅不断的周期性开关,电容两端的电压将会高于输入电压VIN,从而达到升压效果。

中频电压并非一个固定值,它和换流时刻也就是逆变器工作频率有直接关系。当逆变器工作频率等于LC固有谐振频率时,中频电压等于直流电压(忽略器件压降),当逆变器工作频率高于LC谐振频率时,LC呈现一个容性,也就是等效电路中的C,此时中频电压高于直流电压,且中频电压随着逆变器工作频率的升高而升高,直至中频电流和电压相位差达到90°为止,也就是换向角90°。实际逆变器的换向角通常工作在30°至50°之间,当然这个角度并非一成不变,和中频电源的频率也有关系,频率越低,工作角度也可以越低,因为留给可控硅关断的时间也更长。

如果是IGBT构成的逆变器,由于IGBT属于全控器件,且关断速度远高于可控硅,逆变器因此可以工作至0°甚至感性区(当然感性区没有实际意义),这对降低逆变器的无功损耗以及开关损耗,具有非常重要的意义。这也就是为什么可控硅使用场景越来越少,IGBT使用越来越多,尤其是在电动汽车的逆变器中,全部就是采用的IGBT,甚至比IGBT更先进的碳化硅模块。

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