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串聯諧振：逆變器控制的新方法

時間：2021-02-04

在電力系統中，串聯型固態感應加熱電源憑借起動容易、易高頻化的優點在高頻感應加熱領域得到廣泛應用。為保證逆變器安全工作和提高工作效率，串聯諧振逆變器一般工作在感性準諧振狀態。如果，采用傳統的鎖相環控制，雖然可以實現逆變器的感性工作狀態，但負載功率因數角會隨著負載大小發生變化，無法實現精確的定角控制。所謂定角控制是指逆變器運行過程中保持功率因數角恒定，且不受負載參數變化影響，從而確保逆變電源安全、穩定、高效地工作。

而對于傳統的鎖相環控制方法來說，它對于鐵磁性材料負載，相位補償電路只能針對某一頻率進行靜態補償，無法在負載諧振頻率變化前后實現對負載功率因數角恒定控制。基于這種狀況，小編May就為大家介紹一種從定角控制角度對串聯諧振逆變器的控制方法——復合控制法

復合控制方法是閉環控制與定角開環控制相結合的控制系統，它在傳統控制電路基礎上由動態相位補償電路替代了目前所普遍采用的固定延時相位補償電路，在負載頻率變化后自動調節功率因數角，從而提高鎖相環節的控制精度和動態性能，在逆變器負載的動態變化過程中，既實現了頻率跟蹤，又實現了定角控制，保持逆變器功率因數角恒定。

通過理論分析及大量研究試驗證明，串聯型感應加熱電源鐵磁材料負載從冷態過渡到熱態，或從重載變為輕載的過程中，負載電流頻率(代表負載固有諧振頻率)上升，負載電流幅值隨之增加，負載從熱態過渡到冷態或從輕載變為重載的過程中，負載電流頻率下降，負載電流幅值隨之減小。在加熱過程中，負載電流頻率和幅值是受負載參數變化影響的變量，試驗在鎖相環控制電路基礎上以電流擾動作為控制信號設計了動態相位補償電路，使相位補償時間跟隨負載諧振頻率變化，實現定角控制。動態相位補償電路圖和相位補償電路波形圖如圖。

圖中顯示，IH1、IH2為電流互感器取出的負載電流信號，IH1經電阻轉換成電壓信號U-，IH2經整流濾波環節變為平直電流信號Id’，三極管T1工作在放大區。負載冷態或重載時，頻率較低，電壓比較器閥值電壓U+=U1,補償時間△t=△t1，負載功率因數角φ=f1×△t1×360°。負載溫度上升進入熱態或發生輕載時，負載電流頻率上升，同時負載電流幅值增加使Id’增加，引起T1基極電流增加，發射極電位上升，電壓比較器閥值電壓U+=U2，U2>U1，補償時間△t=△t2，△t2<△t1，負載功率因數角φ=f2×△t2×360°，補償時間減小限制頻率上升過程中負載電壓電流相位差增加，控制功率因數角基本不變，實現了定角控制。

在動態相位補償電路中，負載功率因數角隨負載參數變化而動態調整確保逆變器具有穩定的工作效率。另外，逆變器負載電流很大時，T1完全導通，動態相位補償電路最小補償時間可以通過選擇R4與R5的比值決定，R4的存在使逆變器嚴格工作在感性狀態，保證了串聯諧振逆變器具有較高的安全性能。