一种中频电源可控硅逆变电路逆变切换触发时间优化方法

文档序号:8500180阅读:616来源:国知局
一种中频电源可控硅逆变电路逆变切换触发时间优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及感应加热领域,具体设及一种中频电源可控娃逆变电路逆变切换触发 时间优化方法。
【背景技术】
[0002] 感应加热是目前锻造领域广泛应用的一种加热工艺。该工艺是将加热铁椿放置于 一个交变的磁场环境中,从而在铁椿中产生交变电流,交变电流流过铁椿把电能转换成热 能,完成铁椿的加热。交变磁场是由电感线圈产生的,在线圈中通过交变的电流,就会在线 圈内形成交变的磁场。由于感应加热需要的功率大,要求在线圈上施加的电流也大,为了减 少供电回路的电流要求,在实际中往往在线圈两端并联一个电容,让线圈与电容工作在谐 振状态,谐振的品质因数为Q,该样供电回路的电流就只有谐振回路的1/Q。在应用中常把 加热线圈、并联电容W及加热负载的等效电阻合起来的整体结构称为感应加热负载电路模 型,如图1所示。
[0003] 为了在负载电路中流过交变电流,工业中常采用H桥结构的逆变电路,如图1所 示,逆变桥开关Ti、T4为一组,了2、Ts为一组,两组轮流导通工作,就实现了负载两端电流的 交流变化。由于可控娃功率大、价格低廉,在实际中普遍采用了可控娃作为逆变桥切换的开 关器件。
[0004] 可控娃逆变桥需要在负载电压为正(电流的流动方向与电压的方向相同)的时候 切换,即叫〉0。假设某个逆变切换时间点为t。,在tr,即切换前,电流流向及负载两端电压 如图2所示,1\、T4处于通态,Uti=Ut4=0,I11=IT4=Id,了2、Tg处于断态,负载两端电压 U(t〇-)=化。
[0005] 在切换瞬间,电流流向及负载两端电压如图3所示,T2、Ts转为通态,逆变桥瞬间短 暂直通,供电电流Id直接流过T1-T2和T3-T4,不通过负载。
[0006]T1-T2和T3-T"直通后,负载两端没有电源电流流过,但是残余电压Uc会通过逆变 桥上下两个回路工作(如图3所示)。在上面回路中,Uc施加到Ti、Ts回路,T1逆向导通,T3 正向导通。同理,下面回路中T4逆向导通,T2正向导通。因此,可控娃Ti、T4在切换时承受 了反压,反压的大小为负载残余电压叫。由可控娃的原理可W知道,当可控娃两端施加反向 电压一段时间,可控娃会关断,因此Ti、T4会关断,剩下T2、Ts继续导通,完成了逆变桥的换 向。
[0007] 负载两端的电压作为反压加在可控娃Ti、T4时,可控娃流过的电流I"、It4会快速 下降,It2、It3会快速上化到ITl=IT4=0时,IT2=IT3=Id,其间经历的时间tr称之为换 流时间,完成后的电流流向如图4所示。
[000引换流成功后负载上的电压还没有回到零,供电电流对负载中的电容反向充电,促 进负载电压加速回零,该段时间称之为反压时间,用tp表示。在反压过程中T1、T4开始关 断,关断的时间为t。。为了保证可控娃Ti、T4有效关断,要求tp>t。。此过程各个时间点 的关系如图5所示。
[0009]假设从切换点t。开始,经过t拥间后Ue=0,此段时间称之为触发引前时间,此过 程包括换流阶段、Ti与T4承受反压关断两个过程,有tf=tf+tp。因此,可控娃的关断要求 也可W变为tf〉tf+t。。由于时间非常短暂,可W视为瞬间完成,则控制条件也可变为tf> V
[0010]由于t。是可控娃器件参数,是不可改变的常量,控制电路就只需解决tf或tp的测 量与实现问题。由于可控娃有正向压降,在T2、Ts导通,要保证负载电压Ue可靠地对T1、T4 施加反压,Uc应大于一个阔值V1^。
[0011] 目前中频感应加热可控娃逆变控制主要就是控制tf或te大于t。,即控制触发起 始点到电压过零点的时间tf或电流过零点到电压过零点的时间tP大于可控娃的关断时间 t。。由于该段时间的电流电压不同相,在满足可控娃关断条件下应尽可能小,W提高电路的 功率因数。利用tp时需要测量电流的过零点,实际工程中负载电流难W测量。而利用tf时 需要知道可控娃脉冲的触发时刻。相对而言,可控娃触发脉冲时刻更容易得到,在实际中控 制tf>t。的方案应用得更普遍一些。
[0012] 由于中频感应加热对象的特性在加热过程中是变化的,需要实时测量当前的tf参 数来确定逆变触发时刻。目前常用的方法是测量前一个周期负载上的电压,得到前一个周 期从切换点到电压过零时刻的时间差,即触发引前时间tf。测量得到的tf是对刚发生的逆 变控制时刻的反馈,通过与t。的比较,考虑一定的安全余量,可W确定出下一个周期控制时 刻。
[0013]中频电源可控娃逆变电路有两种工作状态:启动过程和稳定运行状态,在启动过 程中,电流电压波动比较大,如图6所示。由于有导通阔值Vj勺要求,tf也会出现波动,若 用前一周期的参数来确定当前周期的控制参数,往往要把tf的余量控制得很大。一些典型 的应用场合中,启动过程相邻周期的电压幅值波动会达到50~100倍,造成tf余量很大, 使电路的功率因素低,启动能源不能得到快速补充,大大的延长了启动时间,甚至不能成功 启动。

【发明内容】

[0014]鉴于此,本发明的目的是提供一种中频电源可控娃逆变电路逆变切换触发时间优 化方法。
[0015]本发明的目的是通过W下技术方案实现的,一种中频电源可控娃逆变电路逆变切 换触发时间优化方法,包括W下步骤;S1.建立负载电压波形模型;S2.检测负载电压过零 后的波形;S3.根据实时检测的负载电压波形进行参数估计;S4.根据建立的负载电压模型 和参数估计值,确定触发引前时间tf与t。之间的关系;S5.由触发引前时间tf与t。之间的 关系,根据控制条件确定每个周期的逆变触发时刻。
[0016]优选的,所述步骤S1建立的模型为:
[0017]
【主权项】
1. 一种中频电源可控硅逆变电路逆变切换触发时间优化方法,其特征在于:包括以下 步骤:
51. 建立负载电压波形模型;
52. 检测负载电压过零后的波形;
53. 根据实时检测的负载电压波形进行参数估计;
54. 根据建立的负载电压模型和参数估计值,确定触发引前时间、与逆变触发时刻t。 之间的关系;
55. 由触发引前时间&与逆变触发时刻t。之间的关系,根据控制条件确定每个周期的 逆变触发时刻。
2. 根据权利要求1所述的中频电源可控硅逆变电路切换时间优化方法,其特征在于: 所述步骤Sl建立的模型为:
加热物体的等效电阻;Id为流过负载的电流,为常量;L为感应线圈;C为补偿电容。
3. 根据权利要求2所述的中频电源可控硅逆变电路切换时间优化方法,其特征在于: 所述负载电压波形参数通过以下方法获得:实测负载电压波形,选取n个采样点,采用最小 二乘法对参数进行估计,获得aa2, ^的估计值尤。
4. 根据权利要求3所述的中频电源可控硅逆变电路切换时间优化方法,其特征在于: 所述触发引前时间&与逆变触发时刻t。之间的关系通过以下方法得到: 设逆变切换后电压表达式为: Vc (t) =mt+n(14) 式(14)的O时刻即公式(9)的t。时刻,因此在式(16)的O时刻有边界条件为: Vc(O) =Uc(t0),V(O)=Uc' (t0) (15) 则有:
5. 根据权利要求4所述的中频电源可控硅逆变电路切换时间优化方法,其特征在于: 所述逆变触发时刻通过以下方法确定: 在时刻t。进行逆变触发应同时满足的条件为:tf= (1+S^、及Uc= (1+S2)','为 导通阈值,S2为设置的余量范围,根据tf= (1+SJtq,有:
逆变触发时刻t。为(18)中71、72曲线的交点,代入式(9)得到逆变触发时刻的电压值Uc(t0), 又根据Uc= (1+S2)'可知,逆变触发时刻电压应大于(1+S2)',所以当负载电压U=max[U。(t。),(1+S2)VJ,表示取二者较大值时发送逆变触发脉冲进行逆变切换,所以逆变触 发时刻为当U=max[Uc (t。),(1+5 2)Vj时。
【专利摘要】本发明公开了一种中频电源可控硅逆变电路逆变切换触发时间优化方法,包括以下步骤:S1.建立负载电压波形模型;S2.检测负载电压过零后的波形;S3.根据实时检测的负载电压波形进行参数估计;S4.根据建立的负载电压模型和参数估计值,确定触发引前时间tf与to之间的关系;S5.由触发引前时间tf与to之间的关系,根据控制条件确定每个周期的逆变触发时刻。本发明通过利用当前周期的电压参数数据,预测当前周期的逆变切换时刻并保证满足逆变触发条件,不再依靠前一个周期的数据来控制本周期的逆变切换,使得控制更加精确。通过对每个周期可控硅逆变电路过零切换的时间点进行优化,能使启使动成功率更高,启动阶段功率因数更高。本发明不仅仅适用于启动阶段,还适用于稳定运行阶段,适用范围更广。
【IPC分类】H05B6-06
【公开号】CN104822191
【申请号】CN201510274244
【发明人】程森林, 何强志, 王川, 刘步青, 许虎
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月26日
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