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感应加热电源功率控制之逆变侧功率调节

时间:2013-05-14 10:53来源:洛阳科诺 作者:admin 点击:

串联谐振式感应加热电源的调功方法可分为两类:逆变调功和直流调功。逆变部分功率调节主要是在逆变部分同时实现功率调节和逆变输出,其控制方式比较多,主要有PFM控制、移相控制、PDM控制、PSM控制等。逆变部分调功方案的主电路如图所示。

       由图可知,采用三相桥式不控整流电路,直流侧仅采用一个电容滤波,主电路与整流部分调功方案和直流部分调功方案相比要简单,但增加逆变部分控制的难度,尤其是增加了负载电压电流锁相的难度。
1)PFM调频调功
      PFM(Pulse Frequency Modulation)调频调功是最简单的一种调功方式。它是通过改变逆变器工作频率,从而改变负载等效阻抗以达到调节功率输出的目的。PFM调频调功感应加热电源主电路如图2—2所示。图中串联谐振电路的等效阻抗为:

      由图可知,改变逆变器的工作频率可以改变负载的等效阻抗,从而达到功率调节的目的。也就是说,负载的功率随着开关脉冲的频率变化而变化。图为一个典型的负载功率随开关脉冲频率变化的曲线(图中石为负载谐振频率:厂为负载工作频率;po为负载谐振状态下的功率;P为额定功率)。

      从图中可以看出,对于串联谐振电路,当控制逆变器的触发脉冲的频率国等于串联谐振电路固有谐振频率Wo时,即Wo=W时,逆变器工作在串联谐振状态,输出电流达到最大值,输出功率亦最大,此时输出电压与输出电流同步;当Wo>W时,出现输出电压超前输出电流的状况,系统呈现感性,输出电压与输出电流之间存在相位差,输出功率小于处于谐振点状态时的输出功率;当Wo<W时,出现输出电压滞后输出电流的状况,系统呈现容性,输出功率亦小于处于谐振点状态时的输出功率。因此可以通过改变Co达到调节输出功率的目的。
      综上所述,PFM调频调功电路简单,控制容易,成本低,技术成熟。但输出功率因数低,输出电压含有较大的谐波成分,且有很大的毛刺,会对开关器件造成很大的电压冲击,开关器件工作在硬开关状态,开关损耗大。
2)移相调功
      采用移相功率控制的感应加热电源主电路如图2所示。移相功率控制方式是VTI电源是VT1和VT4不同时导通,VT1先导通,VT4后导通,两者导通差妒电角,如图所示。其中VT1和VT3分别先于VT4和VT2导通,故称VT1和VT3组成的桥臂为超前桥臂,VT4和VT2组成的桥臂为滞后桥臂,电角伊称为移相角缈。通过改变移相角矽来调节输出电压的占空比,实现输出功率调节。其输出功率与移相角矽的关系如图4所示所示:

      移相功率控制方式开关器件处于ZVS软开关状态,开关损耗小,工作频率高,控制简单,恒频运行,器件电压电流冲击小;但是存在内部环流使导通损耗增大,轻载时输出电流的谐波成分严重。
3)脉冲密度调制(PDM)
      PDM控制方式其工作原理见图5。工作原理是通过控制脉冲密度,向负载馈送能量的时间比来控制输出功率。简单地说就是以负载的谐振周期作为一个调功单位。总共100个调功单位内,在N个单位逆变器向负载输出功率:剩下的100—N个单位内逆变器不工作,负载以自然频率逐渐衰减。这样输出的脉冲密度为N%,输出功率跟脉冲密度存在一定的关系。因而调节脉冲密度就可以改变输出功率。

      PDM功率控制在轻载时,电流断续,所以它一般应用于Q值较大场合。PDM功率控制主要优点是输出频率基本不变,开关损耗相对较小,易于实现数字化控制。改进型的脉冲密度平均调制法(CPDM)可以在较低负载情况下保持电流连续,防止由于电流断续而造成逆变器失锁。
4)脉冲均匀调制功率控制(PSM)
     PSM功率控制逆变器的基本原理是在负载谐振的基础上根据所需的功率设定自动调节控制脉冲发出的个数和相位,并通过频率跟踪的方法,当负载参数的变化使负载谐振频率发生改变时,自动改变逆变器的控制频率和相位,使逆变器始终工作在谐振或准谐振状态。