可切換雙網(wǎng)孔逆變電路結(jié)構(gòu)的反常功率特性研究.pdf

1、晶閘管中頻電源是廣泛應(yīng)用于感應(yīng)加熱和感應(yīng)熔煉的大功率諧振電源，常分為并聯(lián)諧振型和串聯(lián)諧振型兩種。并聯(lián)諧振型中頻電源的基本特征是恒流源供電，電流諧振方式，優(yōu)點(diǎn)是不會帶來諧振高壓，負(fù)載的適應(yīng)能力強(qiáng)；但是，由于晶閘管關(guān)斷采用負(fù)載電壓強(qiáng)迫換流方式，它在重負(fù)載下存在啟動困難，并隨著中頻功率的增大而加劇。串聯(lián)逆變中頻電源的基本特征是恒壓源供電，晶閘管采用負(fù)載電流自然換流方式，不存在啟動困難；但是，由于電壓諧振方式帶來諧振電容和負(fù)載感應(yīng)器上的諧振高壓

2、，并隨著中頻電源功率的增大而增大，此高壓對設(shè)備本身和操作人員都會帶來危險。
　　 針對以上問題，設(shè)計了一種具有全新電路結(jié)構(gòu)的可切換雙網(wǎng)孔逆變電源。本論文在該電源的系統(tǒng)設(shè)計、實驗和特性分析方面做了較深入的研究；同時在對傳統(tǒng)中頻電源工作情況進(jìn)行建模和數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，對該電源進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)工作建模和初步數(shù)學(xué)分析。
　　 本論文的主要工作及研究內(nèi)容（按章節(jié)順序）如下：
　　 第一章：引言-對感應(yīng)加熱技術(shù)進(jìn)行了綜述，敘述了感

3、應(yīng)加熱技術(shù)的歷史、發(fā)展和應(yīng)用，闡述了感應(yīng)加熱技術(shù)基本原理；主要介紹晶閘管中頻電源技術(shù)中的Q值與諧振電路關(guān)系和中頻電源主電路；最后，介紹了本論文的選題意義和主要工作。
　　 第二章：對傳統(tǒng)全橋并聯(lián)諧振中頻電源的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)情況進(jìn)行了建模和數(shù)學(xué)分析，數(shù)值模擬結(jié)果符合實際；提出了全橋串聯(lián)諧振中頻電源穩(wěn)態(tài)工作模型和數(shù)學(xué)分析方法。
　　 第三章：設(shè)計了一種新型可切換雙網(wǎng)孔逆變器主電路，具有獨(dú)特的雙電流源供電結(jié)構(gòu)，電源零線引至諧振電容

4、中點(diǎn)，使交流電壓和電流輸出更穩(wěn)定；對電路的工作原理進(jìn)行了定性分析，提出了“虛功變實功”的工作機(jī)制，認(rèn)為該逆變電路結(jié)構(gòu)具有將部分虛功轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵐Φ墓δ埽航Y(jié)合電路的6種工況對電路的4種穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)進(jìn)行了定性分析。設(shè)計并制造完成1200kW實驗樣機(jī)，詳細(xì)給出了電源整流器、直流濾波電路、逆變器、負(fù)載電路和配套電爐爐體的主電路和必要的控制電路設(shè)計方案。
　　 第四章：以1200kW實驗樣機(jī)進(jìn)行了Q值測量實驗，測得了四種鋼筒負(fù)載下冷態(tài)時感應(yīng)線

5、圈與諧振電容并聯(lián)負(fù)載電路的Q值；進(jìn)行了電參量測量實驗，取得了四種負(fù)載下，三種電壓下，兩種諧振電容下交直流電參量的波形和數(shù)據(jù)；通過低頻、高頻和“低頻-高頻”過程功率特性以及“低頻-高頻”過程續(xù)流時段做功情況的分析，發(fā)現(xiàn)該逆變器具有“Q值越高輸出功率越大”的反常功率特性；對實驗測得的傳統(tǒng)Q值、諧振態(tài)負(fù)載感應(yīng)器虛實功率、諧振態(tài)交直流電壓比和電流比之間的關(guān)系進(jìn)行了分析和比較，發(fā)現(xiàn)該逆變器具有不同于一般諧振逆變器的“半Q值特性”。
　　

6、第五章：對電路四種穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)建立二階模型，通過數(shù)學(xué)分析，分別得到直/交流等效電阻關(guān)系和輸出功率比-頻率比關(guān)系曲線。得到電路工作于負(fù)載電流連續(xù)狀態(tài)并且工作頻率趨向理想狀態(tài)時最適合大功率輸出和功率調(diào)節(jié)的結(jié)論，并給出了選取電路參數(shù)的方法。與樣機(jī)實驗結(jié)果的比較說明該理論分析及參數(shù)選取方法方法有一定合理性和參考價值。此外，還提出了電路三階和四階穩(wěn)態(tài)模型和數(shù)學(xué)分析方法。
　　 第六章：對全文研究工作和主要創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)；指出了研究中的不

7、足之處；提出了未來改進(jìn)研究的努力方向；對本文創(chuàng)新成果在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。
　　 本論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1.設(shè)計了一種可切換雙網(wǎng)孔逆變電源，基于該電源的特殊諧振回路，具有將部分虛功轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵐Φ奶匦浴?br>　　 2.部分虛功轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵐Φ慕Y(jié)果之一是可切換雙網(wǎng)孔逆變電源具有“Q值越高輸出功率越大”的反常功率特性，據(jù)此特性可建造雙層結(jié)構(gòu)厚爐壁感應(yīng)冶煉爐或厚爐壁連鑄設(shè)備中間包加熱裝置。
　　 3.部分