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中频串联谐振电源原理
2021-05-27

串联谐振逆变器也称电压型逆变器,其中频串联谐振电源原理图如图2.2所示,串联谐振型逆变器的输出电压为近似方波,由于电路工作在谐振频率附近,使振荡电路对于基波具有最小阻抗,所以负载电流近似正弦波同时,为避免逆变器上、下桥臂间的直通,换流必须遵循先关断后导通的原则,在关断与导通间必须留有足够的死区时间。

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当串联谐振逆变器在低端失谐时(容性负载),它的波形见图2.3(a),工作在容性负载状态时,输出电流的相位超前于电压相位,因此在负载电压仍为正时,电流先过零,上、下桥臂间的换流则从上(下)桥臂的二极管换至下(上)桥臂的MOSFET,由于MOSFET寄生的反并联二极管具有慢的反向恢复特性,使得在换流时会产生较大的反向恢复电流,而使器件产生较大的开关损耗,而且在二极管反向恢复电流迅速下降至零时,会在与MOSFET串联的寄生电感中产生大的感生电势,而使MOSFET受到很高电压尖峰的冲击当串联谐振型逆变器在高端失谐状态时(感性负载),它的工作波形见图2.3(b),工作在感性负载状态时,输出电流的相位滞后于电压相位,其换流过程是这样进行的,当上(下)桥臂的MOSFET关断后,负载电流换至下(上)桥臂的反并联的二极管中,在滞后一个死区时间后,下(上)桥臂的MOSFET加上开通脉冲等待电流自然过零后从二极管换至同桥臂的MOSFET.由与MOSFET中的电流是从零开始上升的,因而基本实现了零电流开通,其开关损耗很小。
另一方面,MOSFET关断时电流尚末过零,此时仍存在一定的关断损耗,但是由于MOSFET关断时间很短,预留的死区不长,并且因死区而必须的功率因数角并不大,所以适当地控制逆变器的工作频率,使之略高于负载电路的谐振频率,就可以使上(下)桥臂的MOSFET向下(上)桥臂的反并联的二极管换流其瞬间电流也是很小的,即MOSFET关断和反并联二极管开通是在小电流下发生的,这样也限制了器件的关断损耗,上述分析可知,串联谐振型逆变器在适当的工作方式下,开关损耗很小因而,可以工作在较高的工作频率下这也是串联谐振型逆变器在半导体高频感应加热电源中受到更多重视的主要原因.


串联谐振


中频串联谐振电源电路的功率调节原理

电源工作在开关频率大于谐振频率状态,负载呈感性,负载电流滞后于输出电压r角,所以在高频条件下输出功率表达式为:

以上等式中的0. 9是因为矩形波所乘的波形率,从式中可以看出当输入电压一定时,可以通过调节输出电流滞后输出电压的滞后角r来调节输出功率,而滞后角r是由谐振参数和开关管工作频率共同决定的。
从上式可以看出当系统工作在谐振频率时=1,即r为0度,系统输出的功率最大,当开关频率提高时,滞后角r同时开始增大,输出功率开始下降,从而完成功率调节。
串联谐振试验设备主要用于10kV、35kV、110kV、220kV的电力电缆串联谐振交流耐压试验、电力变压器串联谐振交流耐压试验、发电机组串联谐振试验(水力发电机或火力发电机组)、电机串联谐振交流耐压试验、开关柜串联谐振交流耐压试验及110kV GIS开关串联谐振交流耐压试验试验。

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