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、modern power electronicstechnology姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院（系）:自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電氣工程題 目：電力電子器件在感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用指導(dǎo)老師：2015年6月摘要木論文介紹了電力電子器件在高頻感應(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(duì)感應(yīng)加熱的原理進(jìn)行了分析。先對(duì)簡(jiǎn)單模塊進(jìn)行分 析，再對(duì)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 撲結(jié)構(gòu)一一電壓型的串聯(lián)諧振和電流型的并聯(lián)諧振。在第3章屮對(duì)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(shí)，以分析開(kāi)

2、關(guān)器件的觸發(fā)脈沖為研 宄對(duì)象，分析它們對(duì)電路中輸出功率的影響。針對(duì)直流轎波調(diào)功有著工作在硬開(kāi) 關(guān)方式，開(kāi)關(guān)損耗高，對(duì)器件的要求比較高的缺點(diǎn)，提出了可以應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 來(lái)克服這些缺點(diǎn)。分析yzvs和zcs技術(shù)，并且通過(guò)實(shí)際的緩沖電路來(lái)實(shí)現(xiàn)軟 pwm«在第4章中，分析了倍頻高頻感成加熱電源，該電源采用igbt，通過(guò)對(duì) 電源的電路，來(lái)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。關(guān)鍵字：感應(yīng)加熱調(diào)功軟開(kāi)關(guān)目錄1電力電子技術(shù)的發(fā)展21.1整流器時(shí)代21.2逆變器時(shí)代21.3變頻器時(shí)代32

3、感應(yīng)加熱的原理33高頻感應(yīng)加熱電源的電路原理53.1諧振電路的分析53.1.1串聯(lián)諧振電路63.1.2并聯(lián)諧振電路73.2逆變器的結(jié)構(gòu)分析73.2.1電壓型串聯(lián)形式逆變器73.2.2電流型并聯(lián)形式逆變器93.3感應(yīng)加熱電源的調(diào)功方法h3.3.2脈沖密度調(diào)制法pdm123.3.3 pwm133.3.4直流調(diào)功143.4軟開(kāi)關(guān)技術(shù)153.5 /j、174倍頻高頻感應(yīng)加熱電源原理分析185課程的學(xué)習(xí)感受18#教獻(xiàn)201電力電子技術(shù)的發(fā)展現(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(wèn)題為主的傳統(tǒng)電力電 子學(xué)，內(nèi)以高頻技術(shù)處理問(wèn)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

4、硅整流器件，蘇發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器吋代、逆變 器時(shí)代和變頻器時(shí)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)己由傳統(tǒng)的電力 電子技術(shù)時(shí)代進(jìn)入到了現(xiàn)代電力電子時(shí)代。1.1整流器時(shí)代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(jì)算機(jī)。1957年，從美國(guó)通用電氣公司研制第一個(gè) 工業(yè)用的普通品閘管開(kāi)始，已經(jīng)大人擴(kuò)展了半導(dǎo)體器件功率控制的范圍。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

5、導(dǎo)體器件組成 的變流器時(shí)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(chē)、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、地鐵機(jī)車(chē)、城市無(wú)軌電車(chē)等）和直流 傳動(dòng)（禮鋼、造紙等）三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變 為直流電。因此，在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開(kāi)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。1.2逆變器時(shí)代七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī)，交流電機(jī)變頻調(diào)

6、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(mén)極可關(guān)斷晶閘管（gto）成為當(dāng)時(shí)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(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出，靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這吋的電力電子技術(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)。1.3變頻器時(shí)代進(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

7、術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī) 結(jié)合起來(lái)，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件。首先是功率mosfet的問(wèn)世，導(dǎo)致 丫電力電子應(yīng)用技術(shù)（屮小型功率）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(lái)機(jī)遇。mosfet和 igbt的相繼問(wèn)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(jì)，到1995 年底，功率mosfet和gtr在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步,jflj 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

8、、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(shí)現(xiàn)小型輕量化，機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù) 基礎(chǔ)。2感應(yīng)加熱的原理電磁感應(yīng)原理廣泛用于電動(dòng)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(chǎng)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(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱能，從而對(duì)金屬進(jìn)行加熱。它的工 作原理如圖2-1所示。圖2.1熱感應(yīng)加熱原理電流通過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線(xiàn)通過(guò)金屬器件時(shí)，交變的磁力 線(xiàn)穿透金屬器件形成回路，故在其橫截面內(nèi)產(chǎn)生丫感應(yīng)電流，此電流

9、稱(chēng)為渦流， 可以使金屬迅速發(fā)熱，從而達(dá)到加熱的0的。當(dāng)感應(yīng)線(xiàn)圈上通過(guò)上述交變電流i時(shí)，線(xiàn)圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相同頻率的交變磁通 o,交變磁通o是按正弦規(guī)律變化的，則有（i）= sin wt（2.1）(2.2)在公式（2.1）中中,。為交變磁通的最大值。 則可得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：e = no/?lvrcos wt在公式（2.2）中，n是線(xiàn)圈的匝數(shù)。因此，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為：(2.3)在公式式（2.3）中，f為交變電流的頻率：在金屬導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的渦流值與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和渦流回路的阻抗z相關(guān)， z 扣 2 + xl2在公式（2.4）中：(2.4)r為渦流回路等效電阻，x。為渦流回路等效的感抗。感應(yīng)加熱通過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈

10、把電能傳遞給耍加熱的金屬，然后電能在金屬內(nèi)部轉(zhuǎn) 變?yōu)闊崮?。感?yīng)線(xiàn)圈不直接接觸被加熱的工件，能量是通過(guò)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 = 024,；-r = 4-13nj-r（2.5）尺2 + xl2p為渦流作用在加熱工件上所產(chǎn)生的熱量。/y為電流的有效值。由式（2.5）可以看出，當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，發(fā)熱功率與頻率的大小和磁場(chǎng)的強(qiáng) 弱有關(guān)，感應(yīng)線(xiàn)圈中流過(guò)的電流越大，其產(chǎn)生的磁通也就越大。因此提高線(xiàn)圈中 的電流可以使金屬屮產(chǎn)生的渦流加大。同樣提高工作頻率也會(huì)使工件屮的感應(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

11、，導(dǎo)電率，導(dǎo)磁率以及透入深度有關(guān)。3高頻感應(yīng)加熱電源的電路原理如圖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，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。逆變器圖3.1高頻感應(yīng)電源結(jié)構(gòu)圖經(jīng)過(guò)整流電路，我們可以將交流電變成脈動(dòng)直流電。經(jīng)過(guò)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?為可控整流電路提供移相控制觸發(fā)脈沖和為逆變橋提供驅(qū)動(dòng)脈沖。為反饋信 號(hào)電壓，提供過(guò)流以及頻率跟蹤信號(hào)。下而將重點(diǎn)介紹逆變

12、橋和諧振電路。3.1諧振電路的分析高頻感應(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。3.1.1串聯(lián)諧振電路圖3.2 rlc串聯(lián)諧振電路假設(shè)電源的內(nèi)阻為零。£ = £wszz7(wr + t)(3.1)輸入阻抗z (jw)為：z(yvv) = /? + j(wl-)(3.2)wc諧振頻率為w0，當(dāng)w=w。時(shí)，x (w() =0。這種電路狀態(tài)我們稱(chēng)之為串聯(lián)諧振。 諧振頻率為：w，士(33)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。i圖3.3阻抗電流與頻率的關(guān)系3.1.2并聯(lián)諧振電路圖3.4并聯(lián)

13、諧振電路(3.4)假設(shè)電源的內(nèi)阻為零。e=emsin(wt)輸入阻抗y (jw)為：k(7w) = g + y(vvci-)(3.5)wl諧振頻率為wu，當(dāng)¥=¥()時(shí)，y (w0) =0。這種電路狀態(tài)我們稱(chēng)之為并聯(lián)諧振。 諧振頻率為：(3.6)1v=7zc3.2逆變器的結(jié)構(gòu)分析3.2.1電壓型串聯(lián)形式逆變器在串聯(lián)形式下的逆變器，供電電源一般是電壓源。在圖3.5屮，一個(gè)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了交 變電壓的幅值，頻率取決于器件的開(kāi)關(guān)頻率。圖3.5電壓型串聯(lián)諧振電路圖中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

14、替幵通 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(kāi)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，感性和容性狀態(tài)。 在串聯(lián)逆變器中，為了避免開(kāi)關(guān)器件因短路電流而損壞，在開(kāi)關(guān)器件換流過(guò)程中, 上，下橋臂igbt必須遵守先關(guān)斷后開(kāi)通的原則，即應(yīng)該留有死區(qū)時(shí)間。由分析可知，不同的頻率，電路可能會(huì)有三種不同的工作狀態(tài)。如圖3.6所/j。(b)(c)圖3.6電壓型串聯(lián)諧振電路(a) 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(shí)電路工作在諧

15、振狀態(tài)。(b) 屮電流超前電壓，逆變器工作在容性狀態(tài)。(c) 中電流滯后電壓，逆變器工作在感性狀態(tài)。3.2.2電流型并聯(lián)形式逆變器在并聯(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(gè)大電感。在逆變器的輸入端因?yàn)榇箅姼械拇嬖冢?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(kāi)關(guān)頻率。如圖3.7所示：圖3.7電流型并聯(lián)諧振逆變電路如圖3.7所示，補(bǔ)償電容和負(fù)載線(xiàn)圈（l和r）并聯(lián)作為逆變橋的負(fù)載，這 種逆變器稱(chēng)為并聯(lián)諧振式逆變器。當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)不是1時(shí)，負(fù)載的無(wú)功電壓分 量便會(huì)加在開(kāi)關(guān)器件上，為了避免igbt承受反向

16、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(gè)狀態(tài): 諧振，感性和容性狀態(tài)。由于大電感的存在，為了保持電流連續(xù)，在換流過(guò)程中， 上下橋臂igbt必須遵守先開(kāi)通后關(guān)斷的原則，即應(yīng)有一段重疊時(shí)間。該換流重 疊時(shí)間的長(zhǎng)短與逆變器輸出電感密切相關(guān)，電感越大，時(shí)間就越長(zhǎng)。閣3.8電流型并聯(lián)諧振逆變電路(a) 中并聯(lián)諧振逆變電路處于諧振狀態(tài)，此時(shí)電流為方波，電壓為正弦波。 逆變器工作在諧振狀態(tài)時(shí)，功率因數(shù)近似為1。(b) 中并聯(lián)諧振電路處于感性狀態(tài)。中并聯(lián)諧振電路處于容性狀態(tài)。3.3感應(yīng)加熱電源的調(diào)功方法由于并聯(lián)諧振電路的調(diào)功比較復(fù)雜。在這里，以串聯(lián)諧振電

17、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(lái)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(duì)它們進(jìn)行分析。3.3.1 pfmpfm調(diào)功是最簡(jiǎn)單一種調(diào)功方式，通過(guò)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：z =+ ryvvc|z 卜#十-士卜 #+（2祇-士）2（3.7）當(dāng)逆變器的開(kāi)關(guān)頻率f變化時(shí)，負(fù)載的功率和頻率特性如下圖3.10所示。 負(fù)載的功率在fq處時(shí)是最大的，而偏離這個(gè)頻率時(shí)，負(fù)載功率

18、都會(huì)降低。pfm調(diào)功方式時(shí)逆變調(diào)功中最簡(jiǎn)單的，屬于頻率開(kāi)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(guò)程屮，不停地變化。3. 3.2脈沖密度調(diào)制法pdmpdm工作原理圖如圖3. 11。它是通過(guò)控制脈沖密度向負(fù)載饋送能量的吋間 比來(lái)控制輸出頻率。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是以負(fù)載的諧振周期作為一個(gè)調(diào)功單位?？偣?100個(gè)調(diào)功單位，在n個(gè)單位逆變器向負(fù)載輸出功率。剩下的100-n個(gè)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(huà)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。圖3.11 pdm控制方式原理圖3.3.3 pwm這種逆變器同一橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)是互補(bǔ)的

19、，斜對(duì)角的兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)通和關(guān) 斷。這類(lèi)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(lái)同相的兩個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)錯(cuò)開(kāi)一個(gè)相位角，使得負(fù)載輸出的交替電壓在交替過(guò)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。感應(yīng)加熱電源中的pwm耍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(dòng)脈沖與輸出電流的相位一致，另外一個(gè)橋臂的 驅(qū)動(dòng)脈沖與輸出電流的相位可以調(diào)節(jié)。根據(jù)a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。卓t'圖3.12降頻式pwm圖3.12中，滯后（t-180"。在（t-180"

20、調(diào)節(jié)過(guò)程中，輸出脈寬減小的同時(shí)，將引起輸出電壓由超前變?yōu)闇螅簿褪钦f(shuō)頻率在不斷降低。因此這種方式稱(chēng)為 降頻式pwm控制。圖3.13升頻式pwm圖3.13中，/?超前(t-180"。在(t-180"調(diào)節(jié)過(guò)程中，輸出脈寬減小的同時(shí)，將引起輸出電壓更加超前，這是相對(duì)于輸岀電流的相位。也就是說(shuō)頻率在不斷的 提高。因此這種方式稱(chēng)為升頻式pwm控制，其中，t2, t4為超前橋臂，t1 ,t3 為滯后橋臂。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(shí)也改變了負(fù)載的工 作頻率。3.3.4直流調(diào)功直流調(diào)功采用相控整流或直流斬波來(lái)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)

21、轉(zhuǎn)化為直流電壓的調(diào)節(jié)。(1)相控整流調(diào)功由六只晶閘管組成三相全橋可控整流電路如圖3.14所示。圖3.14相控整流電路三相全橋可控整流電路是通過(guò)控制全控整流橋的開(kāi)通和關(guān)斷來(lái)調(diào)節(jié)直流輸 出電壓，可以通過(guò)調(diào)節(jié)該電壓的大小來(lái)調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電源的輸出功率。然而，對(duì) 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(guò)程還 會(huì)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(shí)，故采用閉環(huán)系統(tǒng)調(diào) 節(jié)時(shí)，其相應(yīng)的快速性較差。（2）直流斬波調(diào)功感應(yīng)加熱電源屮的直流斬波調(diào)功方式的調(diào)功原理如圖3.15所示:閣3.15斬波調(diào)節(jié)方式原理閣前端是三相不可控整流器，輸出的直流電壓ud,經(jīng)過(guò)電容（濾波后，送入 由

22、開(kāi)關(guān)管t，續(xù)流二極管濾波電感1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o-ud之間的電壓。這種方式可以獲得較高的功 率因數(shù)，但是開(kāi)關(guān)管t是工作在硬開(kāi)關(guān)方式，開(kāi)關(guān)損耗高，對(duì)器件的要求比較 高。一般可以采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，使得pwm斬波器的主開(kāi)關(guān)器件為零電壓或者零 電流開(kāi)關(guān)，從而降低開(kāi)關(guān)損耗。3.4軟開(kāi)關(guān)技術(shù)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)就是在切換的過(guò)程中，減少電壓和電流重疊的方法。在開(kāi)關(guān)截止 之前使得流過(guò)其中的電流為零，這就是零電流開(kāi)關(guān)（zcs）。在開(kāi)關(guān)開(kāi)通之前先 使得開(kāi)關(guān)兩端的電壓為零，這就是零電壓開(kāi)關(guān)（zvs）。圖3.17軟開(kāi)關(guān)緩沖電路是實(shí)現(xiàn)軟pwm的有效措施。零電流開(kāi)關(guān)有兩種電路方式：l型

23、和 m型。如圖3.18,圖3.18zcs的l型和m型其工作原理是：在s開(kāi)通之前，u的電流為零。當(dāng)s開(kāi)通時(shí)，u限制s中電流的上升率， 從而實(shí)現(xiàn)s的零電流開(kāi)通。當(dāng)s關(guān)斷時(shí)，u和cr諧振工作使u的電流回到零, 從而實(shí)現(xiàn)s的零電流關(guān)斷。iicrzcs的半波模式zcs的全波模式圖3.19 zcs的開(kāi)關(guān)模式根據(jù)s是單向?qū)ㄟ€是雙向?qū)ǎ梢詫cs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。3.5小結(jié)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)缺點(diǎn)，表格3.1中 對(duì)各種調(diào)功方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。表格3.1調(diào)功方式對(duì)比調(diào)功方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)pfm電路簡(jiǎn)單，控制容易，成本低，技術(shù)成熟功率因數(shù)低

24、，效率低，不適于高頻pdm電路簡(jiǎn)單，輸出頻率基木不變，功率因數(shù)高，功率因數(shù)接近于1，工作頻率高，陳本低控制比較困難，控制精度受器件的約束。晶閘管相控整流技術(shù)成熟，成本低，逆變部分開(kāi)關(guān)損耗小設(shè)備復(fù)雜，控制環(huán)節(jié)多，當(dāng)控制角較大時(shí)功率因數(shù)低。直流斬波電路電路簡(jiǎn)單，頻率同定，控制容易，成本低，技術(shù)成熟斬波器工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗大，效率低調(diào)功部分釆用不可控整流加dc-pwm斬波的方式可以使電源設(shè)備簡(jiǎn)單，功 率因數(shù)高，動(dòng)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(kāi)關(guān)損耗小。但是存在著斬波器器件工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗大。因此，通 過(guò)適當(dāng)軟開(kāi)關(guān)方式，可以克服它的缺點(diǎn)。4倍頻高頻感應(yīng)

25、加熱電源原理分析倍頻高頻感應(yīng)加熱電源采用igbt，通過(guò)在逆變橋的每個(gè)igbt上分別并聯(lián) 一個(gè)igbt來(lái)實(shí)現(xiàn)。每組并聯(lián)的igbt輪流工作，使得負(fù)載頻率是幵關(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。圖4.1倍頻商頻感應(yīng)加熱電源該電路主要包括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(guò)不可控整流，經(jīng)過(guò)濾波電路得到直流電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)斬波主開(kāi)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(kāi)關(guān)。逆變器由8只igbt開(kāi)關(guān)管及負(fù)載電路構(gòu)成，8只 igbt開(kāi)關(guān)管都并有反向二極管，作為逆變器電壓反向時(shí)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(xiàn)圈。在分析感應(yīng)加熱時(shí)，整個(gè)負(fù)載可 以等