重载下并联谐振感应加热电源的启动策略及其实现系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电源自动控制技术领域，具体设及一种重载下并联谐振感应加热电源 的启动策略及其实现系统。
【背景技术】
[0002] 可控娃中频电源是一种广泛应用于锻造行业的能量转换设备。其中，并联型可控 娃中频电源由于可提供更大的功率倍受关注，但难于启动却是其推广应用的难题，尤其在 重载启动时，启动成功率极低。尽管已有多位学者对其进行了研究，如预充电启动，负载预 充磁启动，辅助桥启动，但其启动方法主要是借助改变电路拓扑结构来提高换流过程中的 中频电压，从而提高重载下中频电源的启动成功率。
[0003] 事实上，如果负载回路的能量补充速度太小，即使启动初期负载回路的中频电压 较高，重载时中频电源的启动成功率将仍然非常低。对实际工程进行研究发现，启动过程中 负载回路的能量衰减和供给速度、负载回路所处的工作状态和感应加热器的等效参数在不 同启动条件下会互相影响，但是目前该些因素间的相互关系仍没有一个清晰完整的分析。
[0004] 在负载等效回路中，感应器等效电感L与等效电阻R是变化的，当重载启动时，其 变化速率差异更大，因此加快了负载回路中能量的衰减速度，致使能量衰减速度远大于能 量补充速度，导致可控娃逆变桥难W正常换流，负载回路中频电压难W稳定地建立，因而启 动失败。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种重载下并联谐振 感应加热电源的启动策略及其实现系统。
[0006] 为实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种重载下 并联谐振感应加热电源的启动策略，其特征在于；包括如下步骤：
[0007] S1，给预充电回路通电，使预充电容Cp具有初始能量；
[000引 S2,触发与预充电容Cp串联的第五晶闽管T5,使预充电容Cp通过第五晶闽管T5给 化C负载谐振回路充电；
[0009] S3,信号检测调理电路对负载回路中的中频电压、电流信号进行识别，并经过调理 后传送至处理器，处理器还检测直流滤波电路输入端的电流信号，处理器根据已采集到电 流、电压信息计算出此启动状态下负载回路中W下等效参数击LC本振频率《，感应器等效 电阻R及其等效电感L所述《 =231/T，其中，T为中频电压周期；
[0010] S4,若步骤S3中能够测出中频电压周期T，并得出本振频率《，则执行步骤S5 ;否 贝1J，则增加预充电容Cp初始电压，返回执行步骤S2 ;
[0011] S5,根据步骤S3和步骤S4的测量计算值分别求出；直流侧初始电流的最小值 IdClmi。，整流触发角的最大值整流触发角的最小值Clmi。，整流角最大调整量AQmsyW及 逆变桥触发频率
[0012] S6,处理器根据直流侧初始电流的最小值Iwmi。与感应器等效电阻R调节整流角的 大小，，调节直流侧初始电流Id。，使其不低于重载启动的临界值IdC?。；
[0013] S7,在步骤S6中调节直流侧初始电流Id。达到重载启动的临界值Idcimi。时，根据步 骤S5中amay与ami。选择整流桥整流触发角的大小并触发整流桥，同时W频率《 1控制逆 变桥的触发。
[0014] 本发明的重载下并联谐振感应加热电源的启动策略基于负载回路能量平衡条件， 提出了选取初始整流控制角与其调整增量的参考函数，针对负载回路振荡的能量衰减速 度，求出中频电源逆变桥启动的触发频率参考值，保证感应加热电源的成功启动。
[0015] 在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤S3中等效电感L的计算方法为：
[0016]L=Nyry〇n31A
[0017] 其中，N为感应器线圈应数，Ur与y。分别为感应器铁屯、的相对磁导率与真空磁 导率，n为感应器单位长度的线圈应数，r为感应器线圈半径。
[001引本发明计算电感的方式准确，通过计算电感值，准确计算直流侧初始电流的最小 值Idcimi。，整流触发角的最大值am"，整流触发角的最小值ami。，整流角最大调整量AamsyW 及逆变桥触发频率等参数，保证加热电源的成功启动。
[0019] 在本发明的另一种优选实施方式中，在步骤S5中还具有通过Aa。。声力态调节 整流角的大小的步骤，具体为；启动过程中，随着直流侧电流和负载上中频电压的变化，W Aa。。,为最大变化量进行增大或减小整流角大小。从而使每次调节当量最大，让负载中频 电压的响应快速达到预期值，缩短启动过程，提高了启动的控制性能。
[0020] 在本发明的一种优选实施方式中，直流侧初始电流的最小值Idc?。为：
[0021]
【主权项】
1. 一种重载下并联谐振感应加热电源的启动策略，其特征在于：包括如下步骤： S1，给预充电回路通电，使预充电容Cp具有初始能量； 52, 触发与预充电容Cp串联的第五晶闸管T5，使预充电容Cp通过第五晶闸管T5给RLC 负载谐振回路充电； 53, 信号检测调理电路对负载回路中的中频电压、电流信号进行识别，并经过调理后传 送至处理器，处理器还检测直流滤波电路输入端的电流信号，处理器根据已采集到电流、电 压信息计算出此启动状态下负载回路中以下等效参数：RLC本振频率《，感应器等效电阻R 及其等效电感L，所述《 = 2JI/T，其中，T为中频电压周期； 54, 若步骤S3中能够测出中频电压周期T，并得出本振频率《，则执行步骤S5 ;否则， 则增加预充电容Cp初始电压，返回执行步骤S2 ; 55, 根据步骤S3和步骤S4的测量计算值分别求出：直流侧初始电流的最小值Idtlmin，整 流触发角的最大值a_，整流触发角的最小值CXniin，整流角最大调整量Aa_以及逆变桥 触发频率《1; 56, 处理器根据直流侧初始电流的最小值Idtlmin与感应器等效电阻R调节整流角的大 小，调节直流侧初始电流Idtl，使其不低于重载启动的临界值Idtlmin; 57, 在步骤S6中调节直流侧初始电流Idtl达到重载启动的临界值Id(lmin时，根据步骤S5 中^!^与a ^选择整流桥整流触发角的大小并触发整流桥，同时以频率wi控制逆变桥的 触发。
2. 如权利要求1所述的重载下并联谐振感应加热电源的启动策略，其特征在于，在步 骤S5中还具有通过△a_动态调节整流角的大小的步骤，具体为：启动过程中，随着直流 侧电流和负载上中频电压的变化，以△ 为最大变化量进行增大或减小整流角大小。
3. 如权利要求1所述的重载下并联谐振感应加热电源的启动策略，其特征在于，直流 侧初始电流的最小值IdtlminS:
其中，Ld为电抗器的电感量，L，R，C分别为感应器等效电感，感应器等效电阻，负载补 偿电容，《为磁场交变频率，Utl为逆变桥换流所要求的最低电压，U2S三相电源各相相电压 有效值，f(a)为在整流角为a时的整流输出电压与U2间的关系。
4. 如权利要求1所述的重载下并联谐振感应加热电源的启动策略，其特征在于，整流 触发角的最大值a_为：
其中，Ustl为整个系统中各器件所能承受的最大安全电压。
5. 如权利要求1所述的重载下并联谐振感应加热电源的启动方法，其特征在于，以及 逆变桥触发频率《i为： 1.3? 其中，?为磁场交变频率。
6. 如权利要求1所述的重载下并联谐振感应加热电源的启动方法，其特征在于，步骤 S6中处理器改变逆变桥输入侧并联的阻性负载的大小，调节直流侧初始电流Idtl的方法为： 处理器计算直流侧最小电流值Idtlmin; 处理器发出指令给整流桥，调节流过晶闸管T6与电阻Rd所在支路的直流电流值，使其 输出达到所需要的初始电流。
7. -种实现权利要求1所述重载下并联谐振感应加热电源的启动方法的启动系统，其 特征在于：包括三相整流桥、直流滤波线路、阻性可调的直流电感充磁电路、逆变桥、负载回 路、信号检测调理电路和处理器，所述三相电流依次经过三相整流桥、直流滤波电路和逆变 桥后为负载回路提供电能，阻性可调的直流电感充磁电路与逆变桥并联，负载回路的输出 端与信号检测调理电路的信号输入端相连，信号检测调理电路用于检测所述负载回路的电 压和电流信息并传输给处理器，所述处理器的信号输入端还分别与直流滤波电路的输入端 和输出端相连，用于检测所述直流滤波电路的电流和电压信号。 所述处理器计算RLC本振频率《，感应器等效电阻R及其等效电感L，处理器计算直流 侧初始电流的最小值Idttain，整流触发角的最大值a_，整流触发角的最小值a_，整流角最 大调整量ACtmax以及逆变桥触发频率《 1;给直流侧施加一个可变阻性负载，调节直流侧初 始电流Idtl,使其达到重载启动的临界值Idtlmin;根据a_与amin调节整流桥整流触发角的 大小，并以频率Q1控制逆变桥的触发。
8. 如权利要求7所述的启动系统，其特征在于：整流桥的输出端连接直流侧滤波电抗 器电感值为Ld的一端，流侧滤波电抗器电感值为Ld的另一端分别于第一晶闸管Ti和第二 晶闸管T2的正极相连，第一晶闸管Ti、第二晶闸管T2的负极依次连接第四晶闸管T4和第三 晶闸管T3的正极，第四晶闸管T4和第三晶闸管T3的负极分别连接整流桥的输出端； 在第一晶闸管T1和第二晶闸管T2的负极之间连接有负载回路，在负载回路的两端并联 有预充电回路，所述预充电回路包括串联的预充电容和第五晶闸管T5，所述负载回路的输 出端与信号检测调理电路的信号输入端相连，信号检测调理电路用于检测所述负载回路的 电压和电流信息并传输给处理器，所述处理器的信号输入端还分别与直流滤波电路的输入 端和输出端相连，用于检测所述直流滤波电路的电流和电压信号； 在所述直流侧滤波电抗器电感值为Ld的输出端与整流桥输出端之间连接有阻性可调 的直流电感充磁电路，所述阻性可调的直流电感充磁电路包括串联的晶闸管T6与电阻Rd， 处理器发出指令给整流桥，调节流过晶闸管T6与电阻Rd所在支路的直流电流值，使其输出 达到所需要的初始电流。
【专利摘要】本发明提出了一种重载下并联谐振感应加热电源的启动策略及其实现系统，该策略包括:预充电容CP向RLC负载谐振回路充电；信号检测调理电路识别负载回路中的中频电压、电流信号；RLC本振频率ω，感应器等效电阻R及其等效电感L的等效参数计算；直流侧初始电流的最小值Id0min，整流触发角的最大值αmax，整流触发角的最小值αmin，整流角最大调整量Δαmax以及逆变桥触发频率ω1的求解；根据电流临界值Id0min调节直流侧初始电流Id0，以达到逆变桥触发的控制条件。本发明基于负载回路能量平衡原理和负载回路振荡的能量衰减速，提出了选取初始整流控制角及其调整增量的参考函数，同时得出了中频电源逆变桥启动的触发频率参考值，以保证感应加热电源的成功启动。
【IPC分类】H05B3-00
【公开号】CN104822186
【申请号】CN201510245269
【发明人】程森林, 许虎, 王川, 刘步青, 李斌
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月14日