等效单电流源自然换流型半桥逆变器的反常功率输出特性分析

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早在上个世纪六十年代,就出现了晶闸管中频电源装置,由于其较中频发电机组具有一系列明显优势,因此得以迅速推广应用。经过近半个世纪的发展,晶闸管中频电源装置的容量和频率不断提高,出现了各种类型的线路结构。其中串联谐振和并联谐振大功率中频电源被广泛应用于感应加热领域。   串联谐振逆变电路采用恒压源供电,输出电流接近正弦波,换流方式为负载电流自然换流,易于起振,但是存在谐振高压,且在供电电压相同的情况下,炉体负载Q值越高,炉体线圈电压越高,存在很大的安全隐患。并联谐振逆变电路采用恒流源供电,炉体电压相对较低,且不随负载变化,对负载的适应能力强,运行安全,但其换流方式为负载电压强迫换流,起振困难、易逆变颠覆,且随电源功率的加大,情况加剧。这两种形式的谐振逆变电路自然特性里的不利因素,使得它们在中频大功率感应加热领域的应用受到一定的限制。   针对以上情况,我实验室自主开发研制出一种新型线路结构中频电源,这种电源电路在克服传统串联谐振和并联谐振中频电源缺点的同时,还保留了各自的优点。它采用恒流源供电,逆变部分是一种半桥拓扑结构,以负载电流自然换流方式关断晶闸管,我们称之为电流源自然换流型半桥式中频电源。   本文第二、三章分别对传统全桥串联和并联谐振中频电源的等效主电路进行分析计算,证实了各自逆变电路的自然特性的同时也为下文的分析提供了可供借鉴的方法。在第四章,先对电流源自然换流型半桥式中频电源的主电路进行合理等效,再对该主电路的工作过程特性进行定性分析,然后采用微分方程法分析其瞬态过程,并借助C语言程序计算,绘出了该电源电路从起动→暂态→稳态工作过程中及稳态工作时各电量的波形图,同时还算出了稳态工作时各电量之间的数值关系,最后通过与1200kW样机实验测量波形和数据进行对比分析,不但验证了该等效电路模型的合理性,也从理论计算上证实了该电路的反常功率输出特性。这为此种电源在感应加热领域的应用选择合理的设计参数提供了理论支持。
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