摘要：串联谐振逆变器基于四个晶闸管交替导通关断实现逆变，期间需要谐调回路的频率保持一致，以将对器件的耗损降到最低。单桥臂上一个晶闸管导通，另一个必然关断，正常运行中必须要预先设定反应时间，避免在切换工作状态时出现故障。
关键词：串联谐振；逆变电路；损耗
引言：
串联谐振式电源：逆变回路部分的连接方式使用串联连接，负载端的连接方式也相同。在输入端施加电压来对电路运行提供电能，而且需要对输入端电源进行整流，还需要搭载一个大数值的电容，主要目的是为了保持供电稳定且可靠。将逆变器上的可控元件交替开通和关断就可以在逆变器的输出端获得交变的方波电压，其电流幅值由逆变器的输入端电压值决定，输出频率取决于器件的开关频率。
一、相关原理简介
依照电路的调功方式区分，电源可以分为以下类别：电流型电源和电压型电源。 图1为感应加热电源的主电路图：
图1 感应加热电源电路
并联谐振式电源：逆变回路部分使用的连接方式是并联，负载端的连接方式也一样。在输入端通入电流来对电路运行提供能量，但是需要对输入端电源进行整流，还需要搭载一个大数值的电感，主要目的是为了保持供电基本保持不变。将逆变器上的可控元件交替开通和关断就可以在逆变器的输出端获得交变的方波电流，其电流幅值由逆变器的输入端电流值决定，输出频率取决于器件的开关频率[1]。
串联谐振式电源：逆变回路部分的连接方式使用串联连接，负载端的连接方式也相同。在输入端施加电压来对电路运行提供电能，而且需要对输入端电源进行整流，还需要搭载一个大数值的电容，主要目的是为了保持供电稳定且可靠。将逆变器上的可控元件交替开通和关断就可以在逆变器的输出端获得交变的方波电压，其电流幅值由逆变器的输入端电压值决定，输出频率取决于器件的开关频率[2]。
电压型逆变器和电流型逆变器最大的不同在于，两者谐调回路中元器件的连接方式不同：电压型的电阻、电容和电感是串联连接，而电压型的则是并联；
(1)从两种谐振逆变器的敷在性质分析，电压型逆变器当电流流过零点之后，晶闸管交替导通，而且输出电压恒定，其波形近似于方波，此时负载呈容性。
并联谐振逆变器和电压型逆变器情况相反，在输入端电流值保持恒定的前提下，系统正常运行，当电压过零点之前，晶闸管开始交替通断，回路电流开始反向运行，此时的输出电流稳定，其波形近似于方波，负载端也呈容性。故，在负载性质上两者相同。
(2)在回路切换工作状态时，串联谐振逆变器采取自动通断，即在检测到电流即将过零点前的某一点时，会主动降低负载端的电流值，当换流开始时，该值已经下降近似为零。所以工作时间非常短暂，对器件造成的耗损也小。而并联谐振逆变器是在检测到电压过零点时，直接将运行的晶闸管关断，不论电路中的电流为何值时都强制降为零，根据晶闸管的工作原理，要使其完全关断，必须对其施加足够的反向电压才不会引起器件误导通，所以需要的时间也较多，当电流达到峰值时时间最长[3]。
(3)开关性能上，电压型逆变器的开关具有绝对的优势，因为其在交替通断是已经将负载端的电流降为零了，所以回路不需要提供额外的反向电压来辅助器件关断，通断的切换十分灵活；电流型逆变器的开关在交替导通关断时必须要向负载端施加一定的辅助电压才能使开关正常通断，需要的反应时间非常长。
(4)电路保护方面，串联谐振逆变器在运行失败时，电容内储存的大量电能会对电路形成损害，所以需要在选择元器件的时候，挑选自带保护的器件，而且要给电路加装一套后备保护。
相反，并联谐振逆变器中没有类似于电容的储能元件，在逆变器运行失败之后，由回路产生出的电流会由电感吸收，从而确保了电路的安全运行。
汇总以上四方面的信息，串联谐振逆变器在实际使用时具有开关速度快，而且对整体回路的耗损很小，适合作为频率较高的加热设备使用。所以计划使用其作为本次课题中的逆变器。
二、相关设施的应用
如图2，其相位（a）波形图所示，电压型谐振逆变器内的器件在低端无法稳定在一个频值时，输出电流要比输出电压先过零点，负载端相当于安装了一个大电容。在切换工作状态时，两个桥臂上的晶闸管和MOSFET直接交替导通，此时负载端的电压仍为正值。根据晶闸管关断的特性，要使其完全关断，必须要对器件施加一定时间的反向电压才能保证晶闸管完全关断，避免引起正常运行时晶闸管的误导通，而且关断的时间也较长，降低了逆变器的工作效率；期间由逆变回路中的电力二极管还有反向恢复电流所产生的感应电动势，都会对整个电路造成一定的耗损，甚至有可能会击穿电路。
（a）容性负载 （b）感性负载
图 2 负载输出波形
其相位(b)波形图所示，电压型谐振逆变器内的器件在高端无法稳定在一个频率值时，输出电流要比输出电压后过零点，相当于电路连接了一个大电感也就是实际电路在换流时输出电压为负值。具体的工作情况是，输出电流过零点之前，两个桥臂中的电力场效应管首先关断，器件所产生的线路耗损可以忽略不计，在反应一定的时间以后，线路中的反向电流已经完全恢复以后，另一桥臂的MOSFET会在正向电流的触发下开通，从而完成换流。整个换流过程遵循先导通后关断的顺序进行，由于场效应管具有开关灵敏的特点，所以器件关断后预留的死区时间也是非常小的[4]。
综上所述知道，恰当使用下，电压型逆变器的通断耗损可以控制在一定的范围，所以它能够实际应用在25kHz以上频段的工业生产中，同时能够在科学研究的领域也得到大量的使用。
现如今，大型的制造企业对感应加热电源的使用比较频繁，主要是因为它可以工作在具有特殊要求的环境，而且使用的领域非常多。所以针对不同频段的要求会对电源有一定的调整，从而保证在实际使用时的可靠性。在一般的金属热加工中，都使用变压器作为相应的负载，而对于25kHz以上频段的加热设备而言，对于负载有着严格的要求，因此选择原料以及搭建线路结构非常关键。还有，对整体电路进行改进，改变负载端的结构也可以降低生产成本，提升工作效率。
在我国工业不断发展的前提下，生产智能化逐渐成为其中的技术核心，保证高频段感应加热设备正常运行，同时提高人工智能的普及率，是未来技术的必然走向。新型加热设备的开发走向必然是人工智能化操作，只需要提前设定参数，电脑就能自主运行，并且能够定时排查设备存在的安全隐患。
三、结束语
串联谐振电路和并联谐振电路相比较，应用在工业领域的优势十分明显，依托串联谐振电路来对整个电路实现谐振，能够使相关电气元件的损耗降低在最小的同时，确保整个电路的正常运行。
参考文献：
[1]时徳剑, 沈盛. 串联谐振在电力设备电气试验中的应用[J]. 环球市场信息导报, 2014(18).
[2]周峰. 变频串联谐振设备在发电机交流耐压试验中的应用[J]. 科技资讯, 2006(7):8-8.
[3]林梅芬, 许晶. 变频串联谐振在变压器交流耐压试验中的应用[J]. 水电能源科学, 2010(2):155-157.
[4]田韧. 变频串联谐振装置在长交联电缆交流耐压试验中的应用[J]. 上海铁道科技, 2009(1):106-107.
论文作者:申显权
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/11
标签：谐振论文; 逆变器论文; 电压论文; 电流论文; 负载论文; 电路论文; 晶闸管论文; 《电力设备》2018年第17期论文;