[发明专利]一种含有磁放大器的逆变电源

说明书

本发明涉及逆变电源技术领域，特别是一种含有磁放大器的逆变电源。

逆变器开关型直流电源简称逆变电源，具有体积小、重量轻及节能等诸多优点，但其作为大功率电源使用时可靠性尚不如其它类型的电源，所以至今未能广泛应用。这是由于逆变器开关频率大于10KHz时，构成逆变器的开关元件主要使用VMOS管或者IGBT管，这类开关管应用在大功率电源中可靠性尚不如可控硅。开关管损坏有多种原因，但是开关管在改变开关状态时刻开关损耗大而导致瞬时过载造成的损坏占相当多的数量，尤其是具有较高空载电压的焊接或切割电源，如等离子焊接或切割电源，开关元件瞬时过载对逆变电源的可靠性影响就更大。为降低开关损耗，提高逆变电源的可靠性，将磁放大器接入逆变电源电路是一种有效的方法。磁放大器又称可饱和电抗器，其作为电磁性控制元件是利用可饱和铁芯在饱和前具有高电感值及饱和后具有低电感值控制输出功率的，其工作原理与可控硅相似。在交流半周中磁放大器有一段时间工作在非饱和态，其余时间工作在饱和态。非饱和态持续时间相当可控硅工作时的控制角，由于磁放大器存在死区，非饱和态持续时间不能为零。饱和态持续时间相当可控硅的导通角。为使交流每半周中均有磁放大器饱和导通，常将磁放大器成对使用。如将磁放大器接入逆变电源电路中，当构成逆变器的开关元件改变开关状态时刻，由于磁放大器不能立刻进入饱和态，因此使开关元件的开关损耗显著下降。现有技术是在交流电频率不变的前提下，改变每个周期内磁放大器的饱和态或者非饱和态持续时间，从而起到控制输出功率的目的。大功率磁放大器电源可以采用无反馈控制、部分内反馈控制及全部内反馈控制的磁放大器控制输出功率。这几种类型的磁放大器是在磁放大器的铁芯上缠绕多匝控制线圈并通以控制电流，通过调节控制电流改变磁放大器的磁饱和工作点，达到控制输出功率的目的。这种控制方法，不但增加了磁放大器的体积和重量，而且使电源响应速度降低，电源输出功率越大，要求控制线圈匝数越多，这个矛盾也越突出，所以现有容量大于2千伏安的大功率逆变器类型的电源如焊接或切割用电源，未见使用磁放大器控制输出功率。

众所周知，逆变电源的输出端需接直流电感。如逆变电源作为弧焊电源使用，电感的取值将会对焊接工艺产生影响，有的焊接工艺要求电感取值大些，有的焊接工艺则要求电感取值小些。所以为满足电弧负载的要求，逆变电源的输出电感应有较宽的选择范围。现有的作为弧焊电源使用的逆变电源，电感取值在25～80微亨之间。在有些焊接工艺条件下，这个范围内的电感使电源输出电流具有的惯性难以满足某些要求迅速变换输出电流的负载。例如现有的变极性焊接电源可以使用桥式或半桥式逆变器，如为逆变器供电的直流电源是逆变电源，便构成所谓双逆变器式焊接电源。变压器初级接第一个逆变器，变压器次级接第二个逆变器。现有技术中双逆变器焊接电源的共同特点是：在直流电源的输出端接直流电感，电感的作用除了作为第一个逆变器的输出电感外，还为第二个逆变器输出电流整形，获得所谓方波交流电流波形，所以电感取值较大。由于电感储存能量不能突变，第二个逆变器换向时，构成第二个逆变器的开关元件的关断损耗亦较大，这是造成逆变失败的主要原因。从焊接工艺上考虑，变极性电源应不仅能够改变正接极性输出电流持续时间与反接极性输出电流持续时间之比，也应能够改变正接极性输出电流值与反接极性输出电流值之比。但是由于电感电流值不能突变，如输出不同极性的电流值不同，电流由换向前的电流值转换到换向后的电流值需要较长的过渡时间。为克服这种缺点，可以采用专利US 4,180,720公开的双直流电源的供电方案，缺点是设备复杂，需要二个电力变压器。当然，从适应负载的角度上讲，有些负载要求输出电流有较大的惯性，即要求电源有较大的输出电感，如用于熔化极短路过渡的焊接电源或切割电源。但增加电感仅是增加了逆变电源的体积和重量，并不存在技术问题，而降低电感却存在某些技术土的问题。逆变电源为维持输出电流连续，电感取值的最低限度与输出最小平均电流及逆变电源开关频率有关。如输出频率不变，输出平均电流越小，所需电感越大；如改变频率，电感取值与频率成反比。所以，为降低电感，可以增加频率，但增加频率使逆变电源的开关元件的开关损耗增加，频率高则开关损耗大，逆变电源的输出功率越大，开关损耗的影响也越突出。由于作为输出功率可以调节的逆变电源需有一定的功率调节范围，既要不增加输出大电流时的开关损耗，又要满足输出小电流时的电流连续性，便难以用增加频率的方法降低电感取值。    

本发明的目的是：提供一种开关元件的开关损耗小、响应速度快、输出功率大且电感取值范围宽的含有磁放大器的逆变电源及控制该逆变电源输出的装置。