固态高频LLC电压型感应加热谐振逆变器研究

论文题目: 固态高频LLC电压型感应加热谐振逆变器研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电力电子与电力传动

作者: 王英

导师: 张仲超,陈辉明

关键词: 高频感应加热电源,谐振回路,负载特性,锁相控制,调功方式,并联系统,谐振拓扑,最大功率点控制,谐振频率

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 感应加热电源在金属热处理工业中有很广泛的应用,从透热、熔炼、铸造、轧钢到淬火、回火、退火、焊接、烘干一直到一些特殊的应用如容器封口和光纤拉晶等,对国民经济发展有很大的推动作用。可以完成绝大多数工业热处理的要求。目前对感应加热电源的研究尤其是对高频电源的研究日益受到重视。但由于国内对高频感应加热电源研究起步较晚,技术相对落后,多采用真空电子管电路结构,效率较低,对电力资源利用不高。为了改善高频感应加热电源整体性能,本文将LLC谐振结构应用在感应加热电源中,以应用全控功率器件为基础,对工作在高频状态下的LLC谐振回路电源的特性和LLC谐振逆变器并联系统进行了深入的分析和研究。文章简单介绍国内外感应加热的发展现状和感应加热中几个重要概念,并从感应加热电源的拓扑、调功方式和如何扩容等几方面介绍了国内外感应加热电源的研究现状和发展方向。根据目前国内外高频感应加热电源发展中存在的问题,提出采用的LLC谐振拓扑,利用比较成熟的电力电子技术和锁相环控制设计完成高频感应加热电源。在简要分析LC谐振回路的特性基础上,对LLC谐振回路的特性进行了深入的理论分析和实验研究。文章根据感应加热负载的特性和等效电路出发,以达到输出最大功率为目标,分别分析了输出电流和输出电压、输出电流和负载电流、输出电压和电容电压之间关系的幅频特性和相位特性。通过分析可知,在最大功率点处,输出电流和负载电流的比值和两个电感比值有关,因此可以通过改变电感的比值来改变电流的传输比。同时给出了输出功率的近似结果。通过仔细考虑电压型逆变器和谐振拓扑的特性,给出了LLC拓扑中各个参数选择的原则,根据分析结果选择输出电压和电容电压的相位角作为锁相控制的控制变量。根据LLC谐振回路的特性,当处理一类特殊的品质因数Q值较低负载时,逆变器的输出电压电流相位角很大,增加电源开关损耗,严重影响高频电源的正常工作。因此文章引入了一种改进的LLC谐振回路,通过加入附加电感调整负载品质因数,用来降低输出电流电压相位角。理论分析和仿真结果表明这一方案可以在不改变输出功率和谐振频率的前提下很好地降低输出电流电压相位角。为了提高高频固态感应加热电源的功率和冗余性,通过借鉴UPS中的并联技术和LLC谐振回路本身特性,考虑将LLC谐振回路应用在并联电压型逆变器中。为了减小高频电源的器件开关损耗,逆变器采用锁相技术使其工作在谐振频率,逆变控制不调节功率,因此LLC并联电源进行开环控制。文章通过对直流电压不同,输出电压相位不同和串联的电感不同等三种状态下的环流情况进行理论分析,得出开环控制并联电源抑制环流的能力较强。实验结果验证理论分析的正确性,另一方面为下一步设计和研究固态高频并联感应加热电源提供了依据。

论文目录:

第1章绪论

1.1 感应加热技术概述

1.1.1 感应加热技术发展历史

1.1.2 感应加热技术基本原理

1.2 固态高频感应加热电源技术的研究意义

1.3 国内外高频感应加热发展现状

1.3.1 国外高频感应加热电源发展现状

1.3.2 国内高频感应加热电源发展现状

1.4 高频感应加热技术研究回顾

1.4.1 高频感应加热技术中研究重点

1.4.2 高频感应加热电源拓扑的研究

1.4.3 负载谐振回路简述

1.4.4 提高电源容量途径

1.4.5 感应加热线圈概述

1.5 高频感应加热技术的发展趋势

1.6 选题的背景意义和本文完成的工作

1.6.1 选题的意义

1.6.2 本文的主要研究工作

1.7 本章小结

第2章 LLC谐振回路及电源特性研究

2.1 电压型串联谐振和电流型并联谐振电源特性

2.1.1 LC串联谐振和并联谐振特性

2.1.2 电压型逆变器和电流型逆变器的工作特性

2.2 电压型逆变器 LLC负载谐振回路特性分析

2.2.1 LLC谐振回路的幅频特性和相频特性

2.2.2 LLC谐振逆变器电源最大功率点特性

2.2.3 LLC的数学模型及最大功率点处的特征

2.2.4 达到最大功率点的 LLC谐振回路具有电流变换功能

2.2.5 选取输出电压和电容电压作为控制变量

2.2.6 近似结果的误差分析

2.2.7 开关损耗随电源参数变化的特性

2.3 LLC谐振回路参数设计

2.3.1 实际系统参数设计方式Ⅰ

2.3.2 实际系统参数设计方式 Ⅱ

2.3.3 LLC谐振电源和 LC串联谐振电源设计比较

2.3.4 具体参数设计

2.3.5 仿真参数设计

2.3.6 实验结果

2.4 本章小结

第3章电压型 LLC谐振逆变器并联特性研究

3.1 电力电子装置中的并联问题

3.1.1 AC-DC整流电源和 DC-DC开关电源中的并联问题

3.1.2 DC-AC逆变电源的并联问题

3.2 LLC电压型谐振逆变器并联模块环流分析

3.2.1 不同直流电压幅值对环流影响分析

3.2.2 电感 L_a不同对环流影响分析

3.2.3 模块间输出电压相位对环流影响分析

3.2.4 并联模块参数设计

3.3 实验分析

3.3.1 并联模块无相位差

3.3.2 并联模块驱动信号有相位差的实验分析

3.4 本章小结

第4章 LLLC谐振回路特性分析

4.1 改变电感 L_a降低开关角度分析过程

4.2 改变电感 L_a和谐振电容 C降低开关角度分析过程

4.3 改变电感 L_a、L_1和谐振电容 C降低开关角度分析过程

4.4 实验结果

4.5 本章小结

第5章 LLC谐振逆变器系统组成

5.1 电路整体结构概述

5.2 感应加热调功方式选取

5.2.1 直流调压调功方式

5.2.2 移相调功方式(PWM)

5.2.3 脉冲密度调功方式(PDM)

5.2.4 扫频调功方式(PSM)

5.3 直流侧整流电路分析

5.4 逆变器控制结构分析

5.4.1 感应加热锁相控制技术简介

5.4.2 LLC锁相控制

5.4.3 逆变器主电路布局和驱动电路结构

5.5 本章小结

第6章全文总结及工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读博士学位其间撰写的学术论文

致谢

发布时间: 2006-07-12

参考文献

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