串联谐振逆变器
串联谐振逆变电源研究
串联谐振逆变电源研究串联谐振感应加热电源在中小功率场合的应用极其广泛.串联谐振电源调功有直流调功和逆变调功两种方式.逆变侧调功方式有:脉冲频率调制,移相调功,脉冲密度调制.脉冲频率调制方式和移相调功方式.功率变化时负载的功率因素和开关频率都会发生改变.在功率很小的情况下,负载功率因数低,电源效率低.为了提高效率,有学者提出了脉冲密度调制方式,即通过调节向负载输出能量的时间比.使负载在一定的时间内自由震荡,达到调节逆变器输出功率的目的.功率变化时,感应加热电源的输出功率的目的,功率变化时,感应加热电源的输出功率因数不发生改变,始终接近1.开关损耗小、电源效率高。
但是这种调功方式电路实现复杂。
针对这个缺点，本文提出了时间分割法调制功率调节方式。
时间分割法调制可以确保逆变器电源工作在定频和定压状态。
而且实现简单、使用简单的模拟电路就可以实现。
为了实现频率自动跟踪。
本文给出了一种快速、准确、简单的频率跟踪电路。
电路结构及工作原理图1 所示为串联谐振逆变电源主电路示意图。
时间分割法调制方式是通过控制向负载输送能量的时间来控制功率。
简言之即在时间周期T 内, 电源向负载输送能量的时间为t 在时间t ～T 内不向负载输送能量, 通过改变时间t 来调节功率输出。
输出功率P =tPo/ T , Po 为电源输出额定功率。
T 的大小根据实际负载情况而定。
时间分割法调制方式控制串联谐振逆变电源开关工作模型见图2 。
控制电路图3 所示为时间分割法功率调制方式串联谐振电源控制电路图。
Pref 为给定功率, 直流侧电压Ud 和直流输入电流I d的乘积为功率反馈, PI 调节器的输出与锯齿波进行比较从而控制周期T 内芯片8 脚高电平的时间t 。
频率自动跟踪电路实际应用中串联谐振电源多工作在高端失谐状态,输出电流的相位滞后于电压相位。
开关管零压开通,开关管的关断电流取决于电压超前电流的相角θ, θ大关断电流大, θ小关断电流小。
高频串联谐振型逆变器的相关参数说明
1.引言串联型固态感应加热电源凭借起动容易、易高频化的优点在高频感应加热领域得到广泛应用。
为保证逆变器安全工作和提高工作效率，串联型逆变器一般工作在感性准谐振状态。
串联谐振逆变器采用传统的锁相环控制，虽然可以实现逆变器的感性工作状态，但负载功率因数角会随着负载大小发生变化，无法实现精确的定角控制。
所谓定角控制是指逆变器运行过程中保持功率因数角恒定，且不受负载参数变化影响，从而确保逆变电源安全、稳定、高效地工作。
本文从定角控制角度对串联型逆变器控制方法进行了研究，提出了一种按负载电流扰动大小实现相位补偿的复合控制方法。
2.锁相环控制方法2.1 锁相环控制方法分析逆变器传统控制方法一般采用锁相环(PLL)电路。
它主要由鉴相器(PD)、压控振荡器(VCO)和外接低通滤波器(LPF)组成。
锁相环是一个相位误差控制系统，它通过比较输入信号(控制信号)和压控振荡器输出信号(被控制信号)之间的相位差来调节其输出频率，从而达到锁相环路输入输出信号同频的目的。
如果鉴相器和滤波参数选择适当，锁相环还可以实现无相差锁频。
串联型逆变器传统控制采用锁相环的目的是利用锁相环频率自动跟踪功能实现对负载电压、电流的频率和相位关系的控制，使逆变器工作在感性准谐振状态。
传统控制系统框图如图1。
串联型逆变器传统控制电路的输入信号一般取代表负载谐振频率、相位的负载电流信号IH。
压控振荡器的输出信号Vf 经过死区形成电路和隔离驱动电路后，通过控制功率开关器件的开通与关断来控制负载电压的频率与相位，使负载电压的频率和相位跟随负载电流的频率和相位变化。
由于电流采样、隔离驱动、逆变功率开关器件的开通与关断都需要时间，导致锁相环输入输出信号的相位关系并不代表负载电压电流的相位关系，需加入相位补偿环节，分析如图2 所示IH为主电路中负载电流波形，IH1为由电流互感器取出的负载电流信号，由于电流互感器原边与副边信号间存在延时△t1，则IH1滞后IH的时间为△t1。
半桥串联谐振逆变器的主电路
半桥串联谐振逆变器的主电路华意电力是一家专业研发生产串联谐振的厂家，本公司生产的串联谐振设备在行业内都广受好评，以打造最具权威的“串联谐振“高压设备供应商而努力。
根据负载结构的不同形式，逆变器分为两种形式：串联谐振逆变器，即电容与负载串联连接，也称电压源型逆变器；并联谐振逆变器，即电容与负载并联连接，也称电流源型逆变器。
本文主要对串联谐振逆变器的主电路结构、控制和调功方法进行研究。
1.全桥串联谐振逆变器串联谐振逆变器分为全桥串联谐振逆变器和半桥串联谐振逆变器两类，首先对全桥串联谐振逆变器进行介绍，其电路结构如图2-1所示。
串联型逆变器根据负载工作状态的不同可以分为三种工作模式：容性状态、感性状态和谐振状态，图2．2(a)、(b)、(C)分别为三利，状态下负载电压和电流的相位关系，其中％、助分别为负载电压、负载电流的波形，妒为负载电压与负载电流之间的相位角。
如图2．2(a)所示，当负载工作于窬性状态时，负载电流超j仃负载电压p电角度，在换流过程中，负载电流由负变『F时，电压仍为负，导致反并联二极管短时通过负载电流，由于二极管的反向恢复作用，使逆变器出现短时桥臂直通现象，由此产生的大电流将损坏开关管IGBT。
如图2．2(b)所示，当负载工作于感性状态时，负载电压超自仃负载电流妒电角度，电流换向时，电压已换为正，感性状态下实现了丌关管的零电流丌通。
如图2．2(c)所示，当负载工作在谐振状态时，负载电压、电流同时换向，丌关管零电流开通和关断，此种状态下不存在二极管的反向恢复问题，丌关损耗最小，但这种理想的换流点很难实现。
2.半桥串联谐振逆变器半桥型串联谐振逆变器按其负载电路结构的不同又分为两种形式，如图2-3 所示。
由图2-3所示两种半桥串联谐振逆变器可知，桥臂谐振电容与负载串联，而不是自成回路，即流过负载的电流将全部流过开关管IGBT，因此，在这种电路中一般采用多个开关管并联。
两类半桥串联谐振逆变器结构上的不同在于：对于第1类半桥串联谐振逆变器，谐振电容与负载槽路直接串联，此类逆变器一般应用于小功率领域；对于第1I类半桥串联谐振逆变器，两个谐振电容相当于逆变器的两个桥臂，二者相当于并联之后再与负载槽路串联，一般应用于较大的功率领域。
负载串联谐振逆变器的逆变控制策略
负载串联谐振逆变器的逆变控制策略负载串联谐振逆变器的逆变控制策略负载串联谐振逆变器是利用振荡电路调整交流电压，使负载电压平稳的功率变换设备。
有效控制逆变器的正确策略是实现可靠运行的关键，传统的逆变控制策略很多，但它们只能准确控制输出电压，不能避免发生周期性抖动。
而负载串联谐振逆变器采用闭环非线性控制，可以较好地抑制因此产生的抖动，利用它可以实现对输出电压的更准确控制，较好地解决因受到负载变化的影响而产生的偏差。
首先要想实现负载串联谐振逆变器的逆变控制，就要实现以下几个步骤：1、构建负载串联谐振逆变器原理图。
原理图中必须包含有开关功率模块、振荡电路和控制器，它们之间通过交叉耦合，相互协同作用实现完整的逆变效果。
2、确定逆变器输出电压的目标值。
根据实际应用需要，将输出电压的期望值设置为一定值，例如设置为220V，以此来实现负载的均衡调节。
3、设计控制算法。
利用PID算法或其他非线性控制策略，控制谐振振荡电路的输出以达到预设的标准值；4、构建逆变器系统模型。
构建系统模型时，根据逆变器的具体特点，将谐振电路、开关功率模块和控制器集成到一个整体系统模型中，实现完整的数学描述。
5、建立部署实验。
在实验中，先把上述所有组件部署到实体实验台上，找出对应的参数，并实现各个模块间的交叉耦合调整；6、仿真调试和实验验证。
在仿真时，可以用仿真软件对实验系统进行调试和模拟仿真，确保系统可以稳定工作，再进行实验验证。
最后，运行负载串联谐振逆变器，通过闭环非线性控制策略，对谐振振荡电路进行控制，使其输出电压可以精确地稳定在预设的期望值，达到负载平衡调节的目的。
负载串联谐振逆变器的逆变控制是实现可靠的运行的关键，正确的控制策略能够有效地抑制因受到负载变化的影响而产生的偏差，使负载电压精确地稳定在预设的期望值。
因此，在负载串联谐振逆变器的逆变控制中，需要充分利用它的优点，合理设计控制策略，实现高效、可靠的逆变控制。
串联谐振逆变器分析
串联谐振逆变器分析串联谐振逆变器如图2一1所示,补偿电感和负载等效参数和串联后作为逆变桥的负载,图中为补偿电感或变压器漏感,、为包含负载在内的负载等效电阻和电容。
串联谐振逆变器通常由电压源供电,电压源由整流器加一个大电容构成。
由于电容值较大,可以近似认为逆变器输入端电压固定不变。
交替开通和关断逆变器上的可控器件就可以在逆变器的输出端得到交变的方波电压,其电压幅值取决于逆变器的输入端电压值,频率取决于器件的开关频率。
根据负载电压和电流的相位关系,串联逆变器可以工作在三种工作状态感性、容性和串联谐振。
在串联逆变器中,为了避免开关器件因短路电流而损坏,在开关器件换流过程中,上下桥臂的开关管应留有死区时间,防止发生直通。
并联谐振逆变器分析并联谐振逆变器如图2一2所示,补偿电感和负载等效参数和并联作为逆变器的负载,电路中串联的大电感场保证负载电流是恒定的,不受负载阻抗变化的影响。
当负载功率因数不是时,负载的无功电压分量便会加在开关器件上,为了避免开关器件承受反向电压而损坏,必须串联快速二极管。
根据负载电压和电流的相位关系,并联逆变器可能工作在三种工作状态感性、容性和谐振状态。
串并联谐振逆变器比较串联谐振逆变器和并联谐振逆变器的差别源于它们所用的振荡电路的不同,前者使用、、串联,后者是、和并联,由两种逆变器拓扑、电路特性及波形上分析,两种电路具有对偶的性质,相比于并联谐振逆变器,串联谐振逆变器具有以下特点和优点。
串联谐振逆变器的特点直流侧为电压源,或并联大电容,相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动。
由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压为矩形波,并且与负载阻抗角无关而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
对串联谐振负载而言,其输出电流波形为正弦波。
当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电压型逆变器与电流型逆变器比较,优点如下电路结构简单,启动容易电压型逆变器可以采用移相控制,通过调节移相角的大小来调节输出电压,就可以达到调节输出功率的目的。
大功率电磁炉串联谐振型逆变器设计与研究的开题报告
大功率电磁炉串联谐振型逆变器设计与研究的开题报告尊敬的评委老师：我是xxx，我所选的课题是大功率电磁炉串联谐振型逆变器设计与研究，现准备给大家做一个开题报告。
一、研究背景及意义电磁炉是一种新型的烹饪器具，它不像传统的明火烧炉，而是采用电磁感应技术，通过电磁场加热食物。
电磁炉具有高效节能、快速加热、精准控温等优点，被广泛应用于家用烹饪和餐饮业。
但是，传统的电磁炉往往存在功率低、发热效率不高、易受电压波动影响等问题，这些问题的存在限制了电磁炉的发展。
针对这些问题，本研究提出了通过串联谐振型逆变器设计来提高电磁炉的功率和发热效率的方案。
二、研究内容与目标本研究的主要内容是设计一种可调输出电流的串联谐振型逆变器，并将其应用于大功率电磁炉中。
具体研究目标包括：1. 设计串联谐振型逆变器的电路结构及控制算法。
2. 对设计的逆变器进行仿真，分析其输出电流、电压等性能指标。
3. 搭建实际电路，验证仿真结果，对运行效果进行测试。
4. 结合大功率电磁炉设计，研究逆变器在电磁炉中的应用性能。
三、研究方法1. 理论研究：主要是通过对串联谐振型逆变器的原理进行深入探究，分析其电路结构及控制策略。
2. 仿真研究：使用Matlab/Simulink等软件对设计的逆变器进行建模和仿真，并分析其性能指标。
3. 实验研究：搭建实际电路，对设计的逆变器及其在电磁炉中的应用进行测试和分析。
四、预期成果与意义通过本研究，预期取得以下成果：1. 设计出一种可调输出电流的串联谐振型逆变器，具有高效、可靠、稳定等特点。
2. 通过仿真和实验验证，分析逆变器的输出电流、电压、功率等性能指标，并对其应用于大功率电磁炉中的效果进行分析。
3. 为电磁炉的发展提供新的技术方案，具有一定的应用价值和推广意义。
五、研究计划1. 第一阶段（前期准备）：完成文献调研，熟悉相关理论和技术方法，确定研究方向和内容。
2. 第二阶段（电路设计和仿真）：设计串联谐振型逆变器的电路结构，通过仿真和分析获得具体的性能指标。
串联谐振单相全桥逆变器功率和频率的控制方式
串联谐振单相全桥逆变器功率和频率的控制方式串联谐振逆变器的基本原理图如图1所示。
它包括直流电压源，和由开关S1～S4组成的逆变桥及由R、L、C组成的串联谐振负载。
其中开关S1～S4可选用IGBT、SIT、MOSFET、SITH等具有自关断能力的电力半导体器件。
逆变器为单相全桥电路，其控制方法是同一桥臂的两个开关管的驱动信号是互补的，斜对角的两个开关是同时开通与关断的。
串联谐振逆变器的控制方法调幅控制(PAM)方法调幅控制的方法并非一种，我们可以采用调节直流电压源输出(逆变器输入)电压Ud(可以用移相调压电路的方法，也可以用斩波调压电路加电感和电容组成的滤波电路，来实现调节输出功率的目的。
即逆变器的输出功率通过输入电压调节，由锁相环(PLL)完成电流和电压之间的相位控制，以保证较大的功率因数输出。
这种方法的优点是控制简单易行，缺点是电路结构复杂，体积较大。
脉冲频率调制(PFM)方法脉冲频率调制方法是通过改变逆变器的工作频率，从而改变负载输出阻抗以达到调节输出功率的目的。
从串联谐振负载的阻抗特性可知，串联谐振负载的阻抗随着逆变器的工作频率(f)的变化而变化。
对于一个恒定的输出电压，当工作频率与负载谐振频率偏差越大时，输出阻抗就越高，因此输出功率就越小，反之亦然。
脉冲频率调制方法的主要缺点是工作频率在功率调节过程中不断变化，导致集肤深度也随之而改变，在某些应用场合如表面淬火等，集肤深度的变化对热处理效果会产生较大的影响，这在要求严格的应用场合中是不允许的。
但是由于脉冲频率调制方法实现起来非常简单，故在以下情况中可以考虑使用它：1)如果负载对工作频率范围没有严格限制，这时频率必须跟踪，但相位差可以存在而不处于谐振工作状态。
2)如果负载的Q值较高，或者功率调节范围不是很大，则较小的频率偏差就可以达到调功的要求。
脉冲密度调制(PDM)方法脉冲密度调制方法就是通过控制脉冲密度，实际上就是控制向负载馈送能量的时间来控制输出功率。
串联谐振逆变器
/串联谐振逆变器串联谐振逆变器的功率调节方式由图1可以得出逆变器的输出功率表达式(0.1)，可以看出在负载一定的情况下，输出功率的大小是由Ud和 大小决定的。
其中Ud为输入直流电压的幅值， 为负载的功率因数角。
从而可以将串联谐振逆变器的功率调节方式分为两种：图 1 串联谐振式逆变器的电路结构a.直流调功：通过调节输入的直流电压的幅值来调节输出功率。
b.逆变调功：通过调节输出电压的频率来调节负载功率因数，或调节输出电压的有效值大小(调节占空比)来调节输出功率。
直流调功直流调功也叫调压调功，它是通过调节整流电路输出电压的大小来调整负载功率，负载通过锁相措施保证工作在谐振或者接近谐振的工作频率处。
调节整流输出电压的方式有两种：一种是采用晶闸管三相全控桥整流进行调压；另种是采用三相不控整流后用斩波器进行/调压。
晶闸管三相全控桥整流进行调压这种方式主要通过控制晶闸管（注：晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
）导通角来控制整流输出电压值。
这种方式电路简单成熟，控制方便。
主要缺点是在深控下网侧功率因数低，动态响应慢，换流过程中电流容易出现畸变。
晶闸管整流调功的感应加热电源拓扑结构见图 2，与逆变侧不同的是，整流部分采用六只晶闸管组成的晶闸管相控整流桥。
图 2 相控整流的感应加热单元三相不控整流加斩波器进行调压感应加热电源中的直流斩波调功方式的调功原理如图 3所示。
/前端是由六只二极管组成的三相不可控整流器，输出的直流电压Ud经过电容C1滤波后送入由开关管VT、续流二极管D2、滤波电感Lo和滤波电容Cd 组成的斩波器，调节VT 的占空比，逆变器得到的电压就在0~Ud之间任意的电压值。
这种方式可以获得较高的功率因数，但是开关管VT 是工作在硬开关方式，开关损耗较高，对开关器件的要求比较高。
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串联谐振逆变器
串联谐振逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。
即应有一段时间(t)使所有晶闸管（其它电力电子器件）都处于关断状态。
此时的杂散电感，即从直流端到器件的引线电感上产生的感生电势，可能使器件损坏，因而需要选择合适的器件的浪涌电压吸收电路。
此外，在晶闸管关断期间，为确保负载电流连续，使晶闸管免受换流电容器上高电压的影响，必须在晶闸管两端反并联快速二极管。
为避免滤波电抗Ld上产生大的感生电势，电流必须连续。
也就是说，必须保证逆变器上、下桥臂晶闸管在换流时，是先开通后关断，也即在换流期间(tγ)内所有晶闸管都处于导通状态。
这时，虽然逆变桥臂直通，由于Ld足够大，也不会造成直流电源短路，但换流时间长，会使系统效率降低，因而需缩短tγ，即减小Lk值。
串联谐振逆变器的工作频率必须低于负载电路的固有振荡频率，即应确保有合适的t时间，否则会因逆变器上、下桥臂直通而导致换流的失败。
并联逆变器的工作频率必须略高于负载电路的固有振荡频率，以确保有合适的反压时间t，否则会导致晶闸管间换流失败；但若高得太多，则在换流时晶闸管承受的反向电压会太高，这是不允许的。
串联谐振逆变器的功率调节方式有二：改变直流电源电压Ud或改变晶闸管的触发频率，即改变负载功率因数cosφ。
并联逆变器的
功率调节方式，一般只能是改变直流电源电压Ud。
改变cosφ虽然也能使逆变输出电压升高和功率增大，但所允许调节范围小。
串联谐振逆变器在换流时，晶闸管是自然关断的，关断前其电流已逐渐减小到零，因而关断时间短，损耗小。
在换流时，关断的晶闸管受反压的时间(t+tγ)较长。
逆变器的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压一φ角。
从负载谐振方式划分，可以为并联逆变器和串联谐振逆变器两大类型，下面列出串联谐振逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较：串联谐振逆变器和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联。
感应加热线圈与逆变电源(包括槽路电容器)的距离远时，对输出功率的影响较小。
如果采用同轴电缆或将来回线尽量靠近(扭绞在一起更好)敷设，则几乎没有影响。
而对并联逆变器来说，感应加热线圈应尽量靠近电源(特别是槽路电容器)，否则功率输出和效率都会大幅度降低。
感应线圈上的电压和槽路电容器上的电压，都为逆变器输出电压的Q倍，流过感应线圈上的电流，等于逆变器的输出电流。
并联逆变器的感应线圈和槽路电容器上的电压，都等于逆变器的输出电压，而流过它们的电流，则都是逆变器输出电流的Q倍。
串联谐振逆变器的晶闸管所需承受的电压较低，用380V电网供电时，采用1200V的晶闸管就行，但负载电路的全部电流，包括有功和无功分量，都需流过晶闸管。
逆变晶闸管丢失脉冲，只会使振荡停止，不会造成逆变颠覆。
串联谐振逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供电。
因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。
当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。
并联逆变器的负载电路对电源呈现高阻抗，要求由电流源供电，需在直流电源末端串接大电抗器。
但在逆变失败时，由于电流受大电抗限制，冲击不大，较易保护。
串联谐振逆变器起动容易，适用于频繁起动工作的场合；而并联逆变器需附加起动电路，起动较为困难。
逆变器中的晶闸管由于承受矩形波电压，故du/dt值较大，吸收电路起着关键作用，而对其di/dt 要求则较低。
在并联逆变器中，流过逆变晶闸管的电流是矩形波，因而要求大的di/dt，而对du/dt的要求则低一些。