串联谐振感应加热电源逆变器负载状态分析

串联谐振逆变电源研究串联谐振感应加热电源在中小功率场合的应用极其广泛.串联谐振电源调功有直流调功和逆变调功两种方式.逆变侧调功方式有:脉冲频率调制,移相调功,脉冲密度调制.脉冲频率调制方式和移相调功方式.功率变化时负载的功率因素和开关频率都会发生改变.在功率很小的情况下,负载功率因数低,电源效率低.为了提高效率,有学者提出了脉冲密度调制方式,即通过调节向负载输出能量的时间比.使负载在一定的时间内自由震荡,达到调节逆变器输出功率的目的.功率变化时,感应加热电源的输出功率的目的,功率变化时,感应加热电源的输出功率因数不发生改变,始终接近1.开关损耗小、电源效率高。

但是这种调功方式电路实现复杂。

针对这个缺点，本文提出了时间分割法调制功率调节方式。

时间分割法调制可以确保逆变器电源工作在定频和定压状态。

而且实现简单、使用简单的模拟电路就可以实现。

为了实现频率自动跟踪。

本文给出了一种快速、准确、简单的频率跟踪电路。

电路结构及工作原理图1 所示为串联谐振逆变电源主电路示意图。

时间分割法调制方式是通过控制向负载输送能量的时间来控制功率。

简言之即在时间周期T 内, 电源向负载输送能量的时间为t 在时间t ～T 内不向负载输送能量, 通过改变时间t 来调节功率输出。

输出功率P =tPo/ T , Po 为电源输出额定功率。

T 的大小根据实际负载情况而定。

时间分割法调制方式控制串联谐振逆变电源开关工作模型见图2 。

控制电路图3 所示为时间分割法功率调制方式串联谐振电源控制电路图。

Pref 为给定功率, 直流侧电压Ud 和直流输入电流I d的乘积为功率反馈, PI 调节器的输出与锯齿波进行比较从而控制周期T 内芯片8 脚高电平的时间t 。

频率自动跟踪电路实际应用中串联谐振电源多工作在高端失谐状态,输出电流的相位滞后于电压相位。

开关管零压开通,开关管的关断电流取决于电压超前电流的相角θ, θ大关断电流大, θ小关断电流小。

1.引言串联型固态感应加热电源凭借起动容易、易高频化的优点在高频感应加热领域得到广泛应用。

为保证逆变器安全工作和提高工作效率，串联型逆变器一般工作在感性准谐振状态。

串联谐振逆变器采用传统的锁相环控制，虽然可以实现逆变器的感性工作状态，但负载功率因数角会随着负载大小发生变化，无法实现精确的定角控制。

所谓定角控制是指逆变器运行过程中保持功率因数角恒定，且不受负载参数变化影响，从而确保逆变电源安全、稳定、高效地工作。

本文从定角控制角度对串联型逆变器控制方法进行了研究，提出了一种按负载电流扰动大小实现相位补偿的复合控制方法。

2.锁相环控制方法2.1 锁相环控制方法分析逆变器传统控制方法一般采用锁相环(PLL)电路。

它主要由鉴相器(PD)、压控振荡器(VCO)和外接低通滤波器(LPF)组成。

锁相环是一个相位误差控制系统，它通过比较输入信号(控制信号)和压控振荡器输出信号(被控制信号)之间的相位差来调节其输出频率，从而达到锁相环路输入输出信号同频的目的。

如果鉴相器和滤波参数选择适当，锁相环还可以实现无相差锁频。

串联型逆变器传统控制采用锁相环的目的是利用锁相环频率自动跟踪功能实现对负载电压、电流的频率和相位关系的控制，使逆变器工作在感性准谐振状态。

传统控制系统框图如图1。

串联型逆变器传统控制电路的输入信号一般取代表负载谐振频率、相位的负载电流信号IH。

压控振荡器的输出信号Vf 经过死区形成电路和隔离驱动电路后，通过控制功率开关器件的开通与关断来控制负载电压的频率与相位，使负载电压的频率和相位跟随负载电流的频率和相位变化。

由于电流采样、隔离驱动、逆变功率开关器件的开通与关断都需要时间，导致锁相环输入输出信号的相位关系并不代表负载电压电流的相位关系，需加入相位补偿环节，分析如图2 所示IH为主电路中负载电流波形，IH1为由电流互感器取出的负载电流信号，由于电流互感器原边与副边信号间存在延时△t1，则IH1滞后IH的时间为△t1。

串联谐振逆变器分析串联谐振逆变器如图2一1所示,补偿电感和负载等效参数和串联后作为逆变桥的负载,图中为补偿电感或变压器漏感,、为包含负载在内的负载等效电阻和电容。

串联谐振逆变器通常由电压源供电,电压源由整流器加一个大电容构成。

由于电容值较大,可以近似认为逆变器输入端电压固定不变。

交替开通和关断逆变器上的可控器件就可以在逆变器的输出端得到交变的方波电压,其电压幅值取决于逆变器的输入端电压值,频率取决于器件的开关频率。

根据负载电压和电流的相位关系,串联逆变器可以工作在三种工作状态感性、容性和串联谐振。

在串联逆变器中,为了避免开关器件因短路电流而损坏,在开关器件换流过程中,上下桥臂的开关管应留有死区时间,防止发生直通。

并联谐振逆变器分析并联谐振逆变器如图2一2所示,补偿电感和负载等效参数和并联作为逆变器的负载,电路中串联的大电感场保证负载电流是恒定的,不受负载阻抗变化的影响。

当负载功率因数不是时,负载的无功电压分量便会加在开关器件上,为了避免开关器件承受反向电压而损坏,必须串联快速二极管。

根据负载电压和电流的相位关系,并联逆变器可能工作在三种工作状态感性、容性和谐振状态。

串并联谐振逆变器比较串联谐振逆变器和并联谐振逆变器的差别源于它们所用的振荡电路的不同,前者使用、、串联,后者是、和并联,由两种逆变器拓扑、电路特性及波形上分析,两种电路具有对偶的性质,相比于并联谐振逆变器,串联谐振逆变器具有以下特点和优点。

串联谐振逆变器的特点直流侧为电压源,或并联大电容,相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动。

由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压为矩形波,并且与负载阻抗角无关而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

对串联谐振负载而言,其输出电流波形为正弦波。

当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

电压型逆变器与电流型逆变器比较,优点如下电路结构简单,启动容易电压型逆变器可以采用移相控制,通过调节移相角的大小来调节输出电压,就可以达到调节输出功率的目的。

串联谐振逆变器串联谐振逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。

即应有一段时间(t)使所有晶闸管（其它电力电子器件）都处于关断状态。

此时的杂散电感，即从直流端到器件的引线电感上产生的感生电势，可能使器件损坏，因而需要选择合适的器件的浪涌电压吸收电路。

此外，在晶闸管关断期间，为确保负载电流连续，使晶闸管免受换流电容器上高电压的影响，必须在晶闸管两端反并联快速二极管。

为避免滤波电抗Ld上产生大的感生电势，电流必须连续。

也就是说，必须保证逆变器上、下桥臂晶闸管在换流时，是先开通后关断，也即在换流期间(tγ)内所有晶闸管都处于导通状态。

这时，虽然逆变桥臂直通，由于Ld足够大，也不会造成直流电源短路，但换流时间长，会使系统效率降低，因而需缩短tγ，即减小Lk值。

串联谐振逆变器的工作频率必须低于负载电路的固有振荡频率，即应确保有合适的t时间，否则会因逆变器上、下桥臂直通而导致换流的失败。

并联逆变器的工作频率必须略高于负载电路的固有振荡频率，以确保有合适的反压时间t，否则会导致晶闸管间换流失败；但若高得太多，则在换流时晶闸管承受的反向电压会太高，这是不允许的。

串联谐振逆变器的功率调节方式有二：改变直流电源电压Ud或改变晶闸管的触发频率，即改变负载功率因数cosφ。

并联逆变器的功率调节方式，一般只能是改变直流电源电压Ud。

改变cosφ虽然也能使逆变输出电压升高和功率增大，但所允许调节范围小。

串联谐振逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断前其电流已逐渐减小到零，因而关断时间短，损耗小。

在换流时，关断的晶闸管受反压的时间(t+tγ)较长。

逆变器的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压一φ角。

从负载谐振方式划分，可以为并联逆变器和串联谐振逆变器两大类型，下面列出串联谐振逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较：串联谐振逆变器和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联。

中频串联谐振电源原理串联谐振逆变器也称电压型逆变器，其中频串联谐振电源原理图如图2.2所示。

串联谐振型逆变器的输出电压为近似方波，由于电路工作在谐振频率附近，使振荡电路对于基波具有最小阻抗，所以负载电流近似正弦波同时，为避免逆变器上、下桥臂间的直通，换流必须遵循先关断后导通的原则，在关断与导通间必须留有足够的死区时间。

图2.2 串联逆变器结构图2.3负载输出波形当串联谐振逆变器在低端失谐时(容性负载)，它的波形见图2.3(a)。

工作在容性负载状态时，输出电流的相位超前于电压相位，因此在负载电压仍为正时，电流先过零，上、下桥臂间的换流则从上(下)桥臂的二极管换至下(上)桥臂的MOSFET。

由于MOSFET寄生的反并联二极管具有慢的反向恢复特性，使得在换流时会产生较大的反向恢复电流，而使器件产生较大的开关损耗，而且在二极管反向恢复电流迅速下降至零时，会在与MOSFET串联的寄生电感中产生大的感生电势，而使MOSFET受到很高电压尖峰的冲击当串联谐振型逆变器在高端失谐状态时(感性负载)，它的工作波形见图2.3(b)。

工作在感性负载状态时，输出电流的相位滞后于电压相位，其换流过程是这样进行的，当上(下)桥臂的MOSFET关断后，负载电流换至下（上）桥臂的反并联的二极管中，在滞后一个死区时间后，下(上)桥臂的MOSFET加上开通脉冲等待电流自然过零后从二极管换至同桥臂的MOSFET.由与MOSFET中的电流是从零开始上升的，因而基本实现了零电流开通，其开关损耗很小。

另一方面，MOSFET关断时电流尚末过零，此时仍存在一定的关断损耗，但是由于MOSFET关断时间很短，预留的死区不长，并且因死区而必须的功率因数角并不大，所以适当地控制逆变器的工作频率，使之略高于负载电路的谐振频率，就可以使上(下)桥臂的MOSFET向下(上)桥臂的反并联的二极管换流其瞬间电流也是很小的，即MOSFET关断和反并联二极管开通是在小电流下发生的，这样也限制了器件的关断损耗。

串联谐振电源使用说明_智能串联谐振电源优势串联谐振电源的知识大家了解多少呢？智能串联谐振电源优势是什么？小编今天搜寻了各大贴吧，网站以及微博，为大家整理了一些信息，好了，废话少说，下面来看看小编为大家请到了潍坊康达电炉有限公司的技术人员，为大家讲解一下串联谐振电源使用说明的相关资讯吧～#详情查看#【串联谐振电源：优势特点】#详情查看#【串联谐振电源：使用须知】按照中频电源负载电路补偿电容的连接方式不同，中频电源可以分为串联谐振式和并联谐振式两种。

目前，国内中频感应电源多为并联谐振式。

与串联谐振电源相比，并联谐振式中频感应电源其感应圈电流较大，因此损耗较大；从进线功率因数来看，串联逆变电源可通过调节逆变角来调节功率输出，因此在整个工作过程中，整流电路可实现全角（导通角）输出，整流进线功率因数高，而并联谐振电源通过调节整流触发角调节功率输出，在全功率输出时，功率因数较高，当需要降低功率或保温时，功率因数较低。

虽然串联谐振电源起步较晚，但因其功率因数高，易启动，全工况条件下能基本保持恒功率输出，并且保护可靠，所以加大对串联谐振电源的研发很有必要，也是今后中频电源的发展趋势之一[串联谐振电源_使用说明]1、把整流器安放好，并保持其稳定，为保证整流器通风良好，其前后左右0.5m以内不要有任何物体。

另外，避免整流器在充满粉尘和腐蚀性气体的环境中工作，并远离产热源，和潮湿地带，相对湿度5~70，环境温度-25℃~40℃，以延长机器寿命。

2、检查一下机器外壳有无松动，端口有无在运输过程中损坏，确认三相空气开关处于断开位置。

3、找出电源输入线，分别接好引线，合上空气开关，注意风扇的风向是否由下进上出(或左进右出)，如果不是请互换三相电中的其中两相即可。

并可试看电源空载电压是否能到额定值。

4、断开空气开关，接好负载连线（多路的可接上多路负载），负载线一定要按标好的正负性连接。

5、如带水泵连锁信号、带水泵回路、带液位控制、带时控/累时器/温控等都应在相应的标号接线排上接电源线，此时电源才能正常工作。

100kW感应加热软开关逆变器设计
感应加热作为一种非接触的加热手段,具有清洁、节约能源、工
作效率高等优点,随着感应焊接,感应淬火,感应熔炼,感应加热固化
等行业,广泛的应用可能性和巨大的市场需求已成为一项不容忽视的
主要加热技术。

针对高频大功率化的研究成为主要热点。

传统的硬件拓扑结构存在很多问题,且难以满足需求。

本文以基于MOSFET的感应加热电源为研宄对象,应用MMC级联拓扑结构设计一台100kW/20kHz
的串联谐振型感应加热电源。

首先,本文介绍了感应加热电源的发展
过程,分析了感应加热的原理和影响感应加热的主要因素。

接下来,
比较和分析不同的功率控制方案,通过比较几种功率控制方法,得出
结论:整流侧功率调整有利于提高电源的频率和功率。

选择高频感应
加热器的不控整流和斩波功率调节作为调节模式。

其次,对多电平逆
变器的拓扑结构及控制方法进行对比分析,选择功率器件更少的半桥
式MMC子模块拓扑结构,同时采用子模块串联及并联的方式达到分压、分频和分流的效果。

并且使用损耗更低的MOSFET代替常用的IGBT器件,实现高频和大功率化。

分析MMC逆变电路的控制方式,深入研究MOSFET开关特性和控制电路设计要求。

最后,在分析和研究的基础上,选择直流侧电路来完成功率设置,数字锁相环设计用于频率跟踪和控
制锁相,保证负载工作在准谐振状态。

对仿真结果进行分析,得出通过串、并联式半桥MMC子模块逆变拓扑结构实现了分压、分频及分流的效果,同时对硬件电路进行设计,100kW/20kHz大功率高频感应加热逆变器设计方案可行有效。

感应加热电源的现状与感应加热电源发展趋势————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：感应加热电源的现状与感应加热电源发展趋势中频感应加热设备的电源目前主要有两种模式：并联谐振、串联谐振，这是当前许多电炉厂家与铸造企业所共知的。

并联技术成熟稳定，但耗电量偏高；串联谐振技术是我公司最新研发的中频电源，并传统并联电源节能30%，但制造成本稍高，华信电炉中频设备研发能力一直走在世界行业前沿。

感应加热电源是感应加热的核心设备。

感应加热电源是随着电力电子技术、微电子技术和现代控制技术发展成熟的。

自从感应加热技术应用于上业生产以来，人们对感应加热电源作了大量的研究，形成了多种多样的工作方式和功率控制方式。

目前，感应加热电源主要存在着电能转换效率低，装置单位体积功率密度低，EMI大等缺点。

为了获得较高的电能转换效率，就要求电源装置具有较高输入、输出功率因数，并实现电力电子器件的软开关，以降低开关损耗。

为了获得较大的功率密度，就要求尽可能地减小电源装置的体积。

为了减小系统的EMI，就要保证电源系统的电压和电流为正弦波，无高次谐波成份，电子电子器件的开关噪音小。

由于目前功率控制方式及主电路拓扑结构的限制，使得在感应加热电源中同时实现以上要求变得非常困难。

因此研究一种能够同时实现以上要求的、电路拓扑结构简单、功率控制方便的新型电源变得十分紧迫。

一、国外感应加热电源的发展现状晶闸管的问世后，静止变频器取代了原先的中频机组，成为感应加热的主要供电设备口。

上世纪七十年代，国内将可控硅感应加热电源装置进行了研究、推广和应用。

进入上世纪八十年代和九十年代，随着GTO、GTR、IGBT和大功率MOSFET等全控型大功率开关器件的相继诞生，感应加热电源也不断推陈出新，朝着高功率密度和高频化方向不断发展。

尤其是1983年美国GE公司发明的功率器件IGBT，在解决了其挚住问题后（由寄生NPN晶体管引起），大功率高速IGBT已成为众多加热电源的首选器件，频率高达100KHZ以上，功率高达ＭＷ级电源已可实现。