可控硅串聯(lián)中頻感應(yīng)電源深入探究

1、可控硅串聯(lián)中頻感應(yīng)電源深入探究摘要：串聯(lián)逆變電源工作時(shí)，整流始終在全導(dǎo)通 情況下工作，改變逆變回路輸出功率是靠控制逆變觸發(fā)脈沖 頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。且負(fù)載電流為正弦波，所以串聯(lián)逆變電源不會(huì) 有高次諧波嚴(yán)重污染電網(wǎng)，且功率因數(shù)高。關(guān)鍵詞：可控硅；串聯(lián)逆變；觸發(fā)延遲時(shí)間1. 引言90年代我國(guó)工業(yè)飛速發(fā)展，大容量、高功率，低能耗的 中頻電爐越來(lái)越被人們所關(guān)注，尤其在鑄造領(lǐng)域中，中頻電 爐能提供高質(zhì)量的鐵水和鋼水，便于在熔化過程中控制溫度 和化學(xué)成份，因此近年大量引進(jìn)國(guó)外制造的大容量可控硅中 頻電爐，已達(dá)數(shù)百臺(tái)之多，幾乎國(guó)內(nèi)上規(guī)模的機(jī)械制造廠、 機(jī)床廠、汽車制造廠的髙端技術(shù)市場(chǎng)都被國(guó)外廠商占有。目 前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品

2、比較國(guó)外，在控制技術(shù)上，按裝工藝上仍有相當(dāng) 差距。我國(guó)電器工業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前安裝大容量中頻電 爐元器件己具備相當(dāng)條件，大電流耐高壓可控硅，高壓電熱 電容己能生產(chǎn)，滿足需求。中頻逆變電源的開關(guān)元件，目前 有二種，可控硅scr和絕緣柵雙極型場(chǎng)效應(yīng)晶體管igbt,根 據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)所載，大功率，較低頻率（tl,電容c開始向電 感l(wèi)、電阻r及電源放電，電流ia的路徑為di-cd-d4-r、 l、c,流過負(fù)載回路的電流反向，當(dāng)電容c上的電壓等于ud 時(shí)，回路中電流ia達(dá)到負(fù)向最大值，電感電壓為零，但由 于電感中電流不能突變，電感上產(chǎn)生一個(gè)電感電壓，使電流 繼續(xù)維持，電容c繼續(xù)放電，直到電容電壓接近于零

3、。tl t2段時(shí)間的波形，實(shí)際上就是串聯(lián)諧振負(fù)半周的電流、電壓 波形ot=t2時(shí)，電流自然過零，dl、4關(guān)斷，此時(shí)可控硅scr1、 4也已恢復(fù)正向阻斷能力，第一個(gè)過渡過程結(jié)束了。t2t3 這段時(shí)間內(nèi)回路中電流等于零。當(dāng)t=t3時(shí)，觸發(fā)脈沖昭2、3觸發(fā)可控硅scr2、3,可 控硅scr2及scr3導(dǎo)通，開始第二個(gè)過渡過程，這一過渡過 程與第一個(gè)過渡過程是完全一樣的。t3-t6段時(shí)間內(nèi)的波形， 只是相位差180度。兩個(gè)過渡過程組成了逆變電路的一個(gè)工 作周期。當(dāng)t3=t2時(shí)，即第一個(gè)過渡過程剛結(jié)束，緊接著觸 發(fā)可控硅scr2、3,即開始第二個(gè)過渡過程。若t3繼續(xù)提前， 也就是說(shuō)二極管d1、4中的電流

4、還尚未過零前，就觸發(fā)可控 硅scr2、3,開始第二個(gè)過渡過程，在這種情況下，通過負(fù) 載的電流波形就類似于正弦波了。在t0tl時(shí)間內(nèi)，電流 通過可控硅scr1、4；在tlt2時(shí)間內(nèi)，電流通過二極管 d1、4；在t2t3時(shí)間內(nèi)，電流通過可控硅scr2、3； t3 t4時(shí)間內(nèi)，電流通過二極管d2、3o以后就重復(fù)上面過程。由上述分析可見，串聯(lián)逆變器的換流過程可分為兩個(gè)階 段：流經(jīng)可控硅scr1、4的電流過零后，電流自然的轉(zhuǎn)移到 反饋二極管d1、4,我們將這一階段稱之為自然換流過程。 在自然換流過程中，雖然導(dǎo)電元件改變了，電流從scr1、4 轉(zhuǎn)移到d1、4,但電路的結(jié)構(gòu)卻沒有變。第二個(gè)換流階段是 當(dāng)流經(jīng)

5、二極管d1、4的電流在尚未自然過零前，就觸發(fā)可控 硅scr2、3,強(qiáng)迫電流從d1、4轉(zhuǎn)移到可控硅scr2、3中， 我們稱這一階段為強(qiáng)迫換流過程。在串聯(lián)逆變器中，換流過 程正常與否，決定了逆變器是否能正常工作。通過比較可以清楚地看到，在這兩種工作狀態(tài)下雖然逆 變器的固有頻率30未變，但工作頻率卻提高了，逆變器的 輸出功率也大了。串聯(lián)逆變器的工作頻率q必須小于串聯(lián) 諧振頻率電路的固有頻率30,但到底要小多少呢？這完全 取決于可控硅元件的關(guān)斷時(shí)間toff,也就是說(shuō)，在可控硅 scr1、4中電流自然過零到觸發(fā)可控硅scr2、3的時(shí)間間隔 內(nèi)，必須保證可控硅scr1、4正向阻斷能力完全恢復(fù)，td稱 之為

6、觸發(fā)延遲時(shí)間。為保證電流過零后的可控硅完全恢復(fù)正向阻斷能力，加 在電流過零后的可控硅上的反向電壓時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，即必 須滿足tdtoffo如果td < toff,也就是當(dāng)某一工作臂的 可控硅電流過零后，其正向阻斷能力尚未恢復(fù)之前就觸發(fā)導(dǎo) 通另一工作臂的可控硅，逆變器將發(fā)生直通短路。所以說(shuō)td 是串聯(lián)逆變器中的一個(gè)重要參數(shù)，正確選取td,才能保證串 聯(lián)逆變器正常工作。5.可控硅串聯(lián)電源的優(yōu)點(diǎn)串聯(lián)逆變電源工作時(shí)，整流始終在全導(dǎo)通情況下工作， 改變逆變回路輸出功率是靠控制逆變觸發(fā)脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。 且負(fù)載電流為正弦波，所以串聯(lián)逆變電源不會(huì)有高次諧波嚴(yán) 重污染電網(wǎng)，且功率因數(shù)高?？梢员ＷC設(shè)備在保溫、烘爐等 任何工況下的功率因素大于0. 98o而并聯(lián)逆變不可能實(shí)現(xiàn)一 拖二自動(dòng)調(diào)功運(yùn)行，因?yàn)椴⒙?lián)逆變電源調(diào)功只能靠調(diào)節(jié)整流 橋輸出電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)并聯(lián)逆變整流橋工作在低電壓，整流 導(dǎo)通角很小狀態(tài)下，設(shè)備的功率因數(shù)將會(huì)很低，且并聯(lián)逆變 負(fù)載電流為方波，將會(huì)嚴(yán)重污染電網(wǎng)。如果靠調(diào)節(jié)逆變反壓 角來(lái)調(diào)功，調(diào)功范圍是很窄的，因此并聯(lián)逆變電源是無(wú)法實(shí) 現(xiàn)一拖二運(yùn)行的。參考文獻(xiàn)1. 韓至成.電磁冶金技術(shù)及設(shè)備.北京：冶金工業(yè)出版 社，20082. 周鶴良.電氣工程師手冊(cè).北京：中國(guó)電力出版社， 20083