負(fù)載換流式逆變電路概念

具有并聯(lián)諧振式負(fù)載的逆變電路。生產(chǎn)中用以構(gòu)成靜止式中頻加熱電源。并聯(lián)逆變電路有兩個(gè)特點(diǎn)：①直流電源為電流源，逆變?nèi)攵舜?lián)大電感Ld，因而入端電流id平滑連續(xù)（見電流型逆變電路）；②負(fù)載是處于高端失諧的并聯(lián)諧振電路，呈容性，故可采用負(fù)載換流方式（見負(fù)載換流式逆變電路）。因此，并聯(lián)逆變電路也是一種負(fù)載換流式電流型逆變電路。

工作原理

概述圖中LH代表含有加熱工件的感應(yīng)線圈。為了提高負(fù)載端的功率因數(shù)，在LH兩端并聯(lián)補(bǔ)償電容CH，組成并聯(lián)諧振式負(fù)載電路。其固有諧振角頻率ω0可近似表示為由并聯(lián)諧振電路分析可知，若外加電源的角頻率ω=ω0，則電路處于諧振狀態(tài)，電路呈純阻性；若ω>ω0,則電路處于高端失諧狀態(tài)，呈容性。

概述圖中逆變電路采用橋式結(jié)構(gòu)，各導(dǎo)電臂均用普通晶閘管組成。當(dāng)T1T3導(dǎo)通而T2T4阻斷時(shí)，ia=Id；當(dāng)T2T4導(dǎo)通而T1T3阻斷時(shí),ia=-Id；當(dāng)T1～T4輪番通斷時(shí),ia即為交變方波，方波幅值為Id，重復(fù)角頻率ω則取決于T1～T4門極控制脈沖。當(dāng)ω>ω0時(shí),負(fù)載將呈容性，可以利用負(fù)載電壓ua作為換流電壓關(guān)斷退出導(dǎo)通的開關(guān)元件，因而即使采用普通晶閘管時(shí)也無需設(shè)置專門的換流電路。

盡管并聯(lián)逆變電路的輸出電流ia為交變方波，但這一電路的輸出電壓ua卻近似為正弦波。這是由于ia中基波以外的電流諧波均從負(fù)載電容CH中旁路的緣故。

并聯(lián)逆變電路的直流電源采用相控整流電路如概述圖所示。該電路的作用有以下兩個(gè)。

①調(diào)節(jié)逆變輸出功率PH。若忽略逆變電路損耗，應(yīng)有

PH=Pd=UdId

式中Pd為直流功率，Ud為直流電壓平均值，Id為直流電流id平均值。由式可見，在相同的負(fù)載下，改變Ud就可實(shí)現(xiàn)PH的調(diào)節(jié)。由相控整流電路分析可知

Ud=2.35U2cosα

式中U2為電網(wǎng)相電壓方均根值,α為滯后控制角。上兩式表明，改變?chǔ)?即可調(diào)節(jié)PH。

②抑制故障電流。當(dāng)逆變電路產(chǎn)生故障時(shí)，如果T1、T4同時(shí)導(dǎo)通,則直流電源將沿電感Ld短路,如不加以控制，將流過很大的短路電流。由相控整流電路分析可知，在概述圖所示電路的情況下,如果α>90°, 整流電路將轉(zhuǎn)入逆變工作狀態(tài)，負(fù)載端電能將反饋回交流電網(wǎng)。因此，采用這種方法，當(dāng)逆變端產(chǎn)生短路電流時(shí)，使α>90°，則原先貯存在Ld中的能量將返回電網(wǎng)，從而抑制故障電流。

應(yīng)用領(lǐng)域 　并聯(lián)逆變電路的典型應(yīng)用是構(gòu)成靜止式中頻加熱電源。它的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均比旋轉(zhuǎn)式中頻機(jī)組優(yōu)越，因而得到廣泛應(yīng)用。它的最高單臺(tái)容量為2MW,多臺(tái)并聯(lián)達(dá)10MW。中國(guó)產(chǎn)并聯(lián)逆變電路能輸出頻率從1kHz至10kHz不同規(guī)格的交流電能,單機(jī)最高容量為500kW,多臺(tái)并聯(lián)最高容量為2000kW，工業(yè)上被廣泛應(yīng)用于感應(yīng)加熱領(lǐng)域，對(duì)金屬進(jìn)行熔煉或?qū)ぜM(jìn)行透熱和淬火。在60年代以前，傳統(tǒng)感應(yīng)加熱電源是旋轉(zhuǎn)式中頻機(jī)組。60年代末期，出現(xiàn)了由晶閘管組成的靜止式中頻加熱電源。由于后者具有易于生產(chǎn)、控制方便、低噪聲、無需基建投資、高效率、節(jié)約銅材等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代了旋轉(zhuǎn)式中頻機(jī)組。截至1985年，中國(guó)已有近5000臺(tái)靜止式中頻加熱電源投入運(yùn)行，分別應(yīng)用于機(jī)械、冶金、交通、造船、軍工、輕工等行業(yè)。2100433B