电力电子课件分类课程项目4模块

1、【学习目标】了解逆变的基本概念。掌握单相串并联谐振逆变电路的工作原理。了解单相并联谐振逆变触发电路。掌握中频感应加热电源的工作原理。了解常用的中频感应加热装置的使用注意事项。熟悉中频感应加热装置的安装、调试，简单的故障维修方法。在小组合作实施任务过程中培养与人合作的精神、电工安全操作规程。了解复杂电力电子装置的安装调试方法。 项目四 开关电源 模块二 中频感应加热电源逆变主电路 一、项目分析中频感应加热电源是一种利用整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后，成为一个恒定的直流电流源，再经单相逆变电路，把直流电流逆变成一定频率（一般为1000至8000Hz）的单相中频电流的装置。因此，中频感

2、应加热电源由可控或不可控整流电路、逆变电路和一些控制保护电路组成。整流电路已经在模块二中的项目四已经介绍，已经知道交流电整流是如何转换为可变直流电的了。那么，中频感应加热电源如何将整流电路输出的直流电逆变成一定频率的交流电？逆变电路对触发电路有什么要求？下面来介绍相关知识。二、相关知识（一）逆变的基本概念和换流方式1逆变的基本概念将直流电变换成交流电的电路称为逆变电路，根据交流电的用途可以分为有源逆变和无源逆变。有源逆变是把交流电回馈电网，无源逆变是把交流电供给不同频率需要的负载。无源逆变就是通常说到的变频。 2逆变电路基本工作原理逆变电路原理示意图和对应的波形图如图。 工作原理：单相桥式逆变

3、电路，四个桥臂有开关构成，输入直流电压Ud。当开关S1、S4闭合，S2、S3断开，负载上得到左正右负的电压，输出uo为正；间隔一段时间后将S1、S4断开，S2、S3闭合，负载上得到右正左负的电压，即输出uo为负。若以一定频率交替切换S1、S4和S2、S3，负载上就可以得到图4-11（b）所示波形。这样就把直流电变换成交流电。改变两组开关的切换频率，可以改变输出交流电的频率。电阻性负载时，电流和电压的波形相同。电感性负载时，电流和电压的波形不相同，电流滞后电压一定的角度。3逆变电路的换流方式对逆变器来说，关键的问题是换流。换流实质就是电流在由半导体器件组成的电路中不同桥臂之间的转移。常用的电力变

4、流器的换流方式有以下几种：（1）负载谐振换流 由负载谐振电路产生一个电压，在换流时关断已经导通的晶闸管，一般有串联和并联谐振逆变电路，或两者共同组成的串并联谐振逆变电路。（2）强迫换流 附加换流电路，在换流时产生一个反向电压关断晶闸管。（3）器件换流 利用全控型器件的自关断能力进行换流。4逆变电路的分类电路根据直流电源的性质不同，可以分为电流型、电压型逆变电路。（1）电压型逆变电路电压型逆变电路的基本特点1)直流侧并联大电容，直流电压基本无脉动。2)输出电压为矩形波，电流波形与负载有关。3)电感性负载时，需要提供无功。为了有无功通道，逆变桥臂需要并联二极管。（2）电流型逆变电路 1）直流侧串联

5、大电感，直流电源电流基本无脉动。2）交流侧电容用于吸收换流时负载电感的能量。这种电路的换流方式一般有强迫换流和负载换流。3）输出电流为矩形波，电压波形与负载有关。4）直流侧电感起到缓冲无功能量的作用，晶闸管两端不需要并联二极管。 （二）单相谐振逆变电路1单相并联谐振逆变电路（1）电路结构 （2）工作原理单相并联谐振逆变电路波形如图所示。输出的电流波形接近矩形波，含有基波和高次谐波，且谐波的幅值小于基波的幅值。2单相串联谐振逆变电路单相串联谐振逆变电路结构如图所示。直流侧采用不可控整流电路和大电容滤波，从而构成电压源型变频电路。 电路为了续流，设置了反并联二极管VD1VD4, 补偿电容C和负载电

6、感线圈构成串联谐振电路。为了实现负载换流，要求补偿以后的总负载呈容性, 即负载电流io超前负载电压uo的变化。 图为电路输出电压和电流波形图。设晶闸管VT1、VT4导通， 电流从A流向B，uAB左正右负。由于电流超前电压，当tt1时， 电流io为零，当tt1时，电流反向。由于VT2、VT3未导通，反向电流通过二极管VD1、VD4续流，VT1、VT4承受反压关断。当tt2时，触发VT2、VT3，负载两端电压极性反向，即uAB左负右正，VD1、VD4截止，电流从VT2、VT3中流过。当tt3时，电流再次反向， 电流通过VD2、VD3续流，VT2、VT3承受反压关断。当tt4时， 再触发VT2、VT

7、3。二极管导通时间tf即为晶闸管反压时间，要使晶闸管可靠关断，tf应大于晶闸管关断时间tq。 （三）逆变触发电路逆变触发电路与整流触发电路不同，根据前面介绍的单相并联谐振逆变电路的工作原理分析可知，逆变触发电路必须满足以下要求输出电压过零之前发出触发脉冲，超前时间t=/。在感应炉中，感应线圈的等效电感L和电阻R随加热时间而变化，震荡回路的谐振频率f0也是变化的，为了保证工作过程中，f f0且f f0。要求触发脉冲的频率随之自动改变。要求频率自动跟踪。为了触发可靠，输出的脉冲前沿要陡，有一定的幅值和宽度。必须有较强的抗干扰能力。1定时跟踪电路 所谓定时跟踪，即保持负载电压uo过零前产生门极控制脉

8、冲的时间不变，也就是保持超前时间t为恒值。图为定时跟踪逆变触发电路原理图 定时跟踪逆变触发电路各点波形图 2定角控制电路 （四）逆变主电路的起动与保护 1并联逆变器的起动如前所述，由于需要频率自动跟随，所以逆变器工作于自励状态，逆变触发脉冲的控制信号取自负载。当逆变器尚未投入运行时，无从获得控制信号，如何建立第一组逆变触发脉冲，以起动逆变器，是逆变器可靠地由起动转到稳定运行，这就是逆变器的起动问题。此外，逆变器在起动以后，一般都能够适应任何实际负载，而在起动时则不然，因此也有的把起动问题归结为负载适应性问题。并联逆变器的起动方法很多，基本上可分为两类：他励起动（共振法）和自励起动（阻尼振荡法）

9、。（1）他励起动他励起动是先让逆变触发器发出频率与负载谐振回路的谐振频率相近的脉冲，去触发逆变桥晶闸管，使负载回路逐渐建立振荡，待振荡建立后，就由他励转成自励工作。采用这种方法的线路简单，只需一可调频多谐振荡器和他励-自励转换电路，因而可降低装置的造价。但工作中，必须预知负载的谐振频率，并且在跟换负载时，要重新校正起动频率，使之和负载谐振频率相近。这种起动方式较适于作为同频带宽的负载（谐振频率Q值低的负载）起动用。一般，对Q2的负载最适用。对于Q值高，即通频带窄，共振区小的负载，将要求更精确校正起动频率，若Q值太高使得共振区小得和逆变器起动时的引前角可以比拟时，逆变器就不能起动。其原因是他励起

10、动时，负载两端的电压是从零逐渐建立起来的，所以起动时的di/dt很小，换流能力差，需要较大的引前角才能起动。 （2）自励起动自励起动是预先给负载谐振频率回路中的电容器（或电感）充上能量然后在谐振电路中产生阻尼振荡，从而使逆变器起动。此法线路复杂，起动设备较庞大，但特别适于负载回路Q值高的场合。尤其使用于熔炼负载，因为熔炼负载的品质因数Q值比较高，预先电的能量消耗慢，振荡衰减慢，容易起动，如果Q值太低，则预充电的能量消耗太快，振荡衰减太快，起动就困难。为了提高装置的自励起动能力，可以提高触发脉冲形成电路的灵敏度，加大起动电容器的电容量和能量，以及想法在起动过程中使整流器输出的直流能量及时通过逆变

11、器补充到负载谐振电路中去。 （3）起动线路（4）附加并联起动线路 （5）他励到自励的转换 （6）零起动方式将整流器直流输出电压从零开始逐渐升高，并辅之以他励方式触发逆变晶闸管，待电压达一定高度，频率跟随系统能正常工作后，即把他励触发回路切除，转用频率自动跟随系统工作，这就是所谓的零起动方式。在此方式下，负载回路不再需要预先用外加直流电源提供能量引起振荡，而是直接由逆变器提供能量。只要在他励中频信号源频率大于负载的固有振荡频率的某一范围内, 逆变器输入端直流电压便会慢慢上升，起动即能完成。当然，在起动过程中，随着负载变化，他励触发频率也应作相应改变，否则起动就不易成功。这种方式的优点是起动方便，

12、较易成功，即使失败，也不致引起大的冲击电流，因为电压是从零开始逐渐升高的。三、项目实施（一）认识并联逆变电路 （二）单相并联逆变触发电路调试1打开DJK01总电源开关，将“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧，按下启动按钮。2打开DJK29挂件电源开关，双踪示波器探头的地线接测试孔“2”，一路探头观察测试孔“1”的波形，另一路探头观察测试孔“3”的波形，调节“频率调节”电位器使测试孔“1”和测试孔“3”处波形的频率为50Hz，然后将测试孔“1”和测试孔“3”处的波形，并标出幅值和宽度，记录在表中。（三）单相并联逆变主电路调试1单相并联逆电路接线将单相并联逆变触发电路中的“B1”端、“E1”端、“B2”端、“E2”端分别与“单相并联逆变主电路”中的“B1”端、“E1”端、“B2”端、“E2”端连接。按图接线，图中Rm限流电阻由DJK09挂件上的两个90欧姆电阻并联组成，应调整到使主电路电流不大于0.5A。负载电阻采用D42挂件上的一个900欧姆电阻。 2单相并联逆变主电路调试（1）关闭电源开关，将DJK09挂件上的单相自耦调压器逆时针调到低，将接入单相并