[发明专利]虚功诱导环型谐振电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种虚功诱导环型谐振电源，属于固态逆变电源技术领域，主要用于金属加热和熔炼。

背景技术

目前广泛应用的逆变器多为传统的并联补偿逆变电路和串联补偿逆变电路。传统的并联补偿逆变电路如图1-1所示。其炉体电感L_p和补偿电容C_p相并联，直流电压E_p与一个很大的电抗器L_dp串联构成恒定电流源给逆变桥供电。它采用强迫换流，即在第一个桥臂的晶闸管T_p1和T_p2导通的状态下强行触发另一桥臂的晶闸管T_p3和T_p4，所以每一次换流都要经受四只晶闸管同时导通的过程，比较容易发生逆变颠覆，故起振成功率较低。此外，并联补偿型逆变器的输出功率极易受炉壁厚度和炉料温度的影响，炉壁增厚和炉料升温都会严重降低其输出功率。

图1-2示出的是一种传统的串联补偿逆变电路，直流电压源E_s输出的直流电经过平波电容C_ds滤波后，形成恒压源，对串联谐振逆变桥供电。电容C_ds通过晶闸管T_s1、T_s2和晶闸管T_s3、T_s4交替向电感线圈L_s放电，形成串联谐振。此类电路的恒压源供电模式决定了电压逐步累加，最终形成电压谐振，即|U_cs|＝QE_s，|U_Ls|＝QE_s。其中E_s是电源的输出电压，Q是L_sC_s串联谐振回路的品质因数。该电路的特点是可以实现恒功率输出，但是这种恒功率输出是以增大谐振电容和电感上的电压为代价。在高Q值时，谐振电容和电感上的电压会是输入电压的Q倍，造成高电压危险。比如此串联谐振电路应用于中频电源中，一般熔炼负载的Q值在10～20之间变化，所以，无论是炉体线圈还是补偿电容所承受的中频电压都可能高达数万伏。炉体线圈的电压过高会导致线圈匝间短路而“放炮”，由此可发生炉体爆炸造成炉毁人伤。谐振电容器C_s上的电压过高使得其所承受的虚功功率以平方关系急剧增长(虚功功率＝U_Cs²ωC_s)。由于Q值无法人为控制，只能通过降低输入的直流电压E_s来限制|U_Cs|和|U_Ls|，因此也大大降低了中频电源的输出功率P(P∝E_s²)，其结果是延长了冶炼的时间，增加了能耗。

图1-3示出的是一种传统的半桥串联补偿逆变电路。直流电压源E_b输出的直流电经过平波电容C_db滤波后，形成恒压源，对串联谐振逆变桥供电。串联谐振电容C_b1和C_b2分别通过晶闸管T_b1和T_b2交替向电感线圈L_b放电，形成串联谐振。此类电路的恒压源供电模式决定了U_Cb1+U_Cb2＝恒定常数，所以逃脱不了电压累加的弊端。

以上逆变器主电路均采用单回路谐振模式，且不具备将振荡虚功诱导为实功的能力，受Q值规律的约束，在炉体感应线圈的Q值很高时，会出现诸多问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，改变以往单回路谐振模式，提供一种虚功诱导环型谐振电源，具有谐振系统的Q值越高，其输出功率越大的优越特性。