串联谐振中频电源原理

发布日期：2020-05-11　点击：2095次

四方国瑞电力是一家专业研发生产串联谐振耐压装置的厂家，本公司生产的串联谐振耐压装置

在行业内都广受好评，以打造最具权威的“串联谐振耐压装置“高压设备供应商而努力。

  电磁感应原理：1831年，英国物理学家Faraday发现了电磁感应现象，并且提出了相应的理论解释。其内容为，当电路围绕的区域内存在交变得磁场时，电路两端就会感应出电动势，如果闭合就会产生感应电流。感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。

  集肤效应

  当交流的电流流过导体的时候，会在导体中产生感应电流，从而导致电流向导体表面扩散。也就是导体表面的电流密度会大于中心的电流密度。这也就无形中减少了导体的导电截面从而增加了导体交流电阻，损耗增大。工程上规定从导体表面到电流密度为导体表面的1/e=0.368的距离为集肤深度。

  从以上可以看到，如果增大电流和提高频率都可以增加发热效果，使加热对象快速升温，所以感应电源通常需要输出高频大电流。

  感应加热电源根据补偿形式分为两种，并联谐振式（电流型）电源和串联谐振式（电压型）电源。

  并联谐振式电源采用的逆变器是并联谐振逆变器，其负载为并联谐振负载。通常需电流源供电，在感应加热中，电流源通常由近似认为逆变器输入端电流固定不变。交替开通和关断逆变器上的可控期间就可以在逆变器的输出端获得交变的防波电流，其电流复制取决于逆变器的输入端电流值，频率取决于期间的开关频率。

  串联谐振式电源采用的逆变器是串联谐振逆变器，其负载为串联谐振负载。通常需电压源供电，在感应加热中，电压源通常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期间就可以在逆变器的输出端获得交变的方波电压，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。

  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不同，前者用L、R和C串联，后者是L、R和C并联；

  串联谐振逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断钱其电流已经逐渐减少到零，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长。

  并联谐振逆变器在换流时，晶闸管是在全电流运行中被强迫关断的，电流被迫降至零以后还需加一段反压时间，因而关断时间较长。相比之下，串联谐振逆变器更适宜于在工作频率较高的感应加热装置中使用。

  串联谐振逆变器启动较容易，适用于频繁启动工作的场所；而并联谐振逆变器需附加启动电路，启动较为困难，启动时间长。至今仍有人在研究并联谐振逆变器的启动问题。

  随着社会的发展以及人们对环保节能高效需求的提高，用感应加热电源代替传统的煤、气加热方式，在金属熔炼、热处理及工件透热等行业已得到广泛应用。但单纯标准型的感应加热设备已经远远不能满足市场的需求，需要的是不断改进提升的加热设备，因此节能环保型加热设备将会有广阔的市场发展前景。目前用于钢管加热的中频电源逆变电路部分，主要采用的是并联逆变电路，而对串联谐振逆变电路的研究相对较少。本文将对串联谐振的工作特性进行分析，并以应用实例来证明其显著的节能效果。

  中频电源整流器及其类型

  无论中频电源采用何种谐振形式，必须先将三相供电电源整流为直流电源，再将直流电源逆变成单相中频电源，才能向负载提供电能。根据逆变器种类的不同，中频电源采用的整流器形式也不同。整流器共分 3 种形式：①相不可控整流器，其输出电压取决于电源进线线电压，整流器的输出电压不可控制；因此，不可控整流器必须与一个可调电源输出功率的逆变器一起使用。②三相全控整流器，通过调节可控硅的控制角 α 来控制整流输出电压，从而调整输出功率。其优点是整流输出电压可控、可调，但存在两个缺点：一是

  当整流器的直流输出电压下降时，进线电网的功率因数也将随之下降；二是控制响应时间较慢，因为它不可能比其采用的进线频率响应更快。当然可以弥补这些缺点，但需采用一些复杂的附加功率器件。③三相半控整流器，该整流器可通过调节可控硅 SCR1～SCR3 来调节整流电压。在以上 3 种整流器中，应用最广的是三相全控整流器，该整流器的优点是输出电压连续可调，适用于各种直流负载电路。中频电源的并联谐振逆变器中，由于逆变器的工作频率必须和其负载 LC 的振荡频率相同才能正常工作，并联逆变器的输出功率无法自己调整，必须通过改变其输入电压大小才能调整输出功率；因此，并联谐振逆变器必须采用三相全控整流器为其提供电能。

  中频电源逆变器及其类型

  中频电源的逆变器常见的有两大类：一类为并联谐振式逆变器，另一类为串联谐振式逆变器。并联谐振式逆变器就是电容器 C 和线圈 L 连接成并联式谐振回路，串联谐振式逆变器是电容器C 和线圈 L 连接成串联式谐振回路。并联逆变器和串联逆变器是中频电源逆变器的基本形式，但特性各异，目前应用最多的是并联谐振式逆变器。串联谐振式逆变器受技术条件限制，在我国发展较晚，至今也只有为数不多的企业能够生产制造。

并联谐振式逆变器的输出电压为正弦波，电流为方波，采用自激方式控制，其工作频率为 LC 的自由振荡频率，输出功率大小根据输入电压高低确定，需要恒流源供电。串联谐振式逆变器输出电压为方波，电流为正弦波，采用他激方式控制，通过改变逆变器的频率来调整逆变器的输出功率，采用恒压源为其供电。