图 1 串联型感应电路原理图
图 1 中A 是由晶闸管组成的三相不控桥式整流电
路, 它将工频交流电整流成直流脉动电压。B 为直流中
间电路, 它是一个滤波电感和滤波储能电容组成的L C
滤波电路, 把工频网络和中频网络隔开; 由于电容很
大, 经过滤波后电容 2 端电压
U
d
基本上是平滑的直流
电压。C 为单相桥式串联逆变电路, T 1- T 4 为 2 组
IGB T , T 1 与 T 4 1 组, T 2 和 T 3 1 组, 2 组交替通断, 将
直流电压
U
d
逆变为中频方波电压
U
o
, 并将它加载到负
载电路D 上。负载电路是由感应器和电容器组成的串
联谐振电路, 用于产生交变的电磁场。 在各个部分, 电
路的电压波形如图 2 所示。
图 2 串联感应电路波形图
1. 2 负载电路振荡频率
在图 1 的负载电路D 部分中, 功率主要通过电感
线圈
L
传递给烘缸, 串联电容
C
用于补偿以提高功率
因数。图1 负载电路D 部分的RL C 电路中, 当感抗与容
抗 相等即
X
L
=
X
C
时,
I
o
和
U
o
同相, 整个电路呈电阻
性, 此时电路处于串联谐振状态。
假设串联谐振时的频率为
f
o
, 因为感抗
X
L
=
Ξ
L
= 2
Π
f
0
L
, 容抗为
X
C
=
1
Ξ
C
=
1
2
Π
f
o
C
, 令二者相等, 有
2
Π
f
o
L
=
1
2
Π
f
o
C
, 可求得
f
o
为
[ 6 ]
f
o
=
1
2
Π
L C
(1)
从 式 (1) 可以看出, 串联谐振时的频率
f
o
只与电感量
L
和电容大小
C
有关。通过式 (1) 计算出串联谐振频
率, 调整电源频率, 使之与计算值
f
o
接近或相等, 电路
系统就会发生串联谐振。此时的感抗或者容抗, 即特性
阻抗
Θ为
Θ= Ξ
0
L
=
1
Ξ
0
C
=
L C
C
=
L
C
(2)
式中
Ξ
0
为串联谐振的角频率。
在串联谐振时电路有一些特点。首先, 电路阻抗
Z
=
R
+
j
(
X
L
-
X
C
) =
R
, 负载电路显示纯电阻特性,
在 一定的电压作用下, 电路中电流有效值也最大。第
二, 作用在电感两端的电压和作用在电容两端的电压,
有效值相等相位相反, 相互抵消, 因此串联谐振又称为
电压谐振。在电压谐振中, 电感上可以得到比整个电路
两端的电压
U
o
大得多的电压
U
L
, 这在直流电路中是
不可能的。对负载电路中的电感
L
应用分压定理, 可得
到串联谐振电路的品质因数
Q
的值:
Q
=
U
L
U
o
=
U
C
U
o
=
2
Π
f
o
L
R
=
1
2
Π
f
o
CR
=
Θ
R
(3)
式中:
U
o
为整个负载电路端电压,
f
o
为谐振频率,
R
为
负载电路等效电阻,
Θ为式 (2) 中的特性阻抗。出于电
路器件和电源可靠性的考虑, 本系统中将电源频率控
制在略高于谐振频率的状态, 以实现横向换流, 避免逆
变桥瞬间短路对晶闸管造成损坏。
1. 3 脉冲宽度调制 (PWM ) 与频率跟踪
电源的功率调节采用脉冲宽度调制 (PWM ) 方
式。其工作模式是通过对负载振荡电路相位的检测, 在
逆变过程中改变脉冲波占空比大小, 即调整一个周期
中电压的持续时间, 从而达到调节功率的目的。整个过
程中 4 个晶体管 T 1～ T 4 的开关过程及端电压如图 3
所示。
图 3 PW D 功率调节示意图
从图中看出, 假设换流时间远小于振荡周期, 方波
脉冲的最大宽度
T
为振荡周期的一半, 此时功率也最
大, 记为
P
m ax
。调节方波的宽度为
T
A
, 功率相应减小。
可以证明, 当振荡回路的品质因数
Q
µ 1, 换流时间常
数远小于周期 2
T
时, 电路的平均输出功率为
[ 7 ]
lim
Σ→
0
P
=
T
A
T
P
m ax
(4)
式中
Σ为换流时间常数,
T
A
为脉冲宽度,
T
为周期的一
半。
・
2
1
・
轻工机械
L igh t Indu st ry M ach ine ry
2006
年第
4
期