超音频电源基本工作原理

a ＝ 0 º时 整 流 桥 输 出 电 压 波 形
a ＝ 6 0 º时 整 流 桥 输 出 电 压 波 形
a ＝ 9 0 º时 整 流 桥 输 出 电 压 波 形
图5
不同控制角α下的整流桥输出电压波形
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.3三相桥式全控整流电路的基本控制原理 三相桥式全控整流电路的基本控制原理 在任一时刻必须有两个桥臂同时工作才能与负载构成回路， 在任一时刻必须有两个桥臂同时工作才能与负载构成回路，每个桥 臂导通角度为120°，图中黑色的晶闸管代表在 臂导通角度为 ° 图中黑色的晶闸管代表在t1~t2…t6~t1的时间 的 段内的导通元件。 段内的导通元件。
L1 La SCR1 SCR3 SCR5
D4 D2 D5 D3 D6 IGBT1 D9 IGBT4 L
Lb
Lc
D1
scr7 C IGBT2 R1 E1 + IGBT3 R
SCR4
SCR6
SCR2
D7
D8
控制电路
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三、并联谐振感应加热系统的组成
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三、并联谐振感应加热系统的组成
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三、并联谐振感应加热系统的组成
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二、感应加热系统的分类
近年来感应加热电源拓扑结构经过不断的完善， 近年来感应加热电源拓扑结构经过不断的完善，已形成了 一种固定的AC/DC/AC变换形式（将三相工频电变换成单相 变换形式（ 一种固定的 变换形式 中频交流电供给负载） 其中并联谐振（电流型） 中频交流电供给负载） ，其中并联谐振（电流型）和串联谐 电压型） 振（电压型）两种逆变电路已经成为大功率感应加热电源的基 本拓扑结构（如图3）。 本拓扑结构（如图 ）。
滤波及保护电路
L1
D4 D2 D5 D3
D1
scr7
R1 E1 +
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五、滤波及保护电路工作原理
5.3保护电路的框图 保护电路的框图
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五、滤波及保护电路工作原理
5.4保护电路中的采样变压器等 保护电路中的采样变压器等
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五、滤波及保护电路工作原理
5.5保护电路工作波形 保护电路工作波形: 保护电路工作波形 当发生故障时，保护电路的动作如下图所示， 当发生故障时，保护电路的动作如下图所示，IGBT全开通约 全开通约 1～2ms后关断，同时开通保护可控硅。 ～ 后关断，同时开通保护可控硅。 后关断
图2 吸收缓冲电路
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六、逆变桥的基本工作原理
6.2 IGBT及驱动波形：IGBT为全控器件，可以通过门极控制关断或导通，从而将直流电流转 及驱动波形： 为全控器件， 及驱动波形 为全控器件 可以通过门极控制关断或导通， 换成交流电流，驱动波形如图。 换成交流电流，驱动波形如图。
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六、逆变桥的基本工作原理
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.2三相桥式全控整流电路的主要作用 三相桥式全控整流电路的主要作用 作用1：将三相工频电变换成直流电流。 作用 ：将三相工频电变换成直流电流。
三相全控整流桥 续流二极管 滤波电抗器
L1 La SCR1 SCR3 SCR5
Lb
Lc
D1
SCR4
SCR6
SCR2
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五、滤波及保护电路工作原理
5.1滤波电抗器：将整流桥输出的电流进行滤波。此处电抗器相 滤波电抗器：将整流桥输出的电流进行滤波。 滤波电抗器 当于一个电流源，因此电抗器前后的电流是连续的平滑的波形， 当于一个电流源，因此电抗器前后的电流是连续的平滑的波形， 但其电压波形是波动的。 但其电压波形是波动的。
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六、逆变桥的基本工作原理
6.5锁相环锁相和相位调整的工作原理
输入的u和 信号经过闭环调节作用 其相位是同相的。由于在控制线路中， 信号经过闭环调节作用， 输入的 和i信号经过闭环调节作用，其相位是同相的。由于在控制线路中，人为设定电流信号 的延时（ ）大于电压信号的延时（ ＋ ），锁相环通过调频来调相位， ），锁相环通过调频来调相位 的延时（d3）大于电压信号的延时（d1＋d2），锁相环通过调频来调相位，使逆变器的工作 频率大于并联谐振负载的固有频率，从而使逆变器电流（ ）相位超前于电压（ ）， ），抵消 频率大于并联谐振负载的固有频率，从而使逆变器电流（io）相位超前于电压（uo），抵消 人为的延时关系。这样人为延时就成为逆变器电流超前电压的一种调整手段。 人为的延时关系。这样人为延时就成为逆变器电流超前电压的一种调整手段。
六路整流桥触发脉冲时序
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.3三相桥式全控整流电路的基本控制原理 三相桥式全控整流电路的基本控制原理 功率调节控制环节通过检测、比较和执行电路， 功率调节控制环节通过检测、比较和执行电路，使得整流桥工作在一 定的相位角α下 从而达到输出功率稳定的功能。 定的相位角 下，从而达到输出功率稳定的功能。
四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.2三相桥式全控整流电路的主要作用 三相桥式全控整流电路的主要作用 作用2：通过控制可控硅的开通角度（控制角α 作用 ：通过控制可控硅的开通角度（控制角 ）来调节电源的直流电压 从而控制电源的输出功率。 ，从而控制电源的输出功率。
三 相 交 流 输 入 电 压 波 形
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.4三相桥式全控整流电路的波形检测 三相桥式全控整流电路的波形检测 实际的可控硅触发波形，周期为20ms，双脉冲间隔为 实际的可控硅触发波形，周期为 ，双脉冲间隔为3.3ms，幅值 ，幅值2V 左右，脉冲宽度1ms，前沿较陡。 左右，脉冲宽度 ，前沿较陡。
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五、滤波及保护电路工作原理
5.5保护电路波形： 保护电路波形： 保护电路波形 电抗器剩余电流由保护支路释放掉。 电抗器剩余电流由保护支路释放掉。
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六、逆变桥的基本工作原理
6.1并联谐振负载结构：由IGBT1～4组成全桥逆变电路，A相桥臂（IGBT1、3）和B相桥臂 并联谐振负载结构： 组成全桥逆变电路， 相桥臂 相桥臂（ 并联谐振负载结构 ～ 组成全桥逆变电路 、 ） 相桥臂 无反向阻断能力， （IGBT2、4）轮流导通，将直流电流转换成单相交流电。由于 、 ）轮流导通，将直流电流转换成单相交流电。由于IGBT无反向阻断能力，所以每 无反向阻断能力 臂都串联一只快恢复二极管（ ～ ）。 臂都串联一只快恢复二极管（D6～9）。
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五、滤波及保护电路工作原理
5.2保护电路 故障发生时，由于有击穿逆变器件的危险，除应保 保护电路:故障发生时 由于有击穿逆变器件的危险， 保护电路 故障发生时， 证整流桥及时关断以外，还应采取直流电压箝位的保护措施， 证整流桥及时关断以外，还应采取直流电压箝位的保护措施， 开通为电抗器中的剩余能量提供一个释放的通路。 即将 SCR7开通为电抗器中的剩余能量提供一个释放的通路。正 开通为电抗器中的剩余能量提供一个释放的通路 常工作时SCR7是关断的。 是关断的。 常工作时 是关断的
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三、并联谐振感应加热系统的组成
并联谐振（电流型） 并联谐振（电流型）感应加热系统主要由电源和负载两 大部分组成，其中电源主要分为四个部分：整流桥、 大部分组成，其中电源主要分为四个部分：整流桥、电抗器 滤波和保护电路、逆变桥、控制电路。 滤波和保护电路、逆变桥、控制电路。
三相全控整流桥 滤波及保护电路 单相并联型逆变桥 并联型负载
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六、逆变桥的基本工作原理
6.5锁相环锁相和相位调整的工作原理 锁相环锁相和相位调整的工作原理
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6.2 IGBT及驱动波形：重叠时间和自然换流时间的概念。 及驱动波形： 及驱动波形 重叠时间和自然换流时间的概念。
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六、逆变桥的基本工作原理
6.3 逆变桥输出波形：容性、阻性和感性波形。 逆变桥输出波形：容性、阻性和感性波形。
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六、逆变桥的基本工作原理
6.3 逆变桥控制原理框图 实际负载电压uo经电压采样 实际负载电压 经电压采样 变压器） （YH5变压器）送到 板，与电流 变压器 送到UF板 信号i（ 开关驱动) 信号 （ IGBT开关驱动 进行鉴相比 开关驱动 经锁相环锁定后，使得u和 的相 较，经锁相环锁定后，使得 和i的相 位差为零，即使逆变桥IGBT的开关 位差为零，即使逆变桥 的开关 频率跟踪到并联谐振负载的谐振频率。 频率跟踪到并联谐振负载的谐振频率。 为了解决串联二极管上的反压过 大这个问题， 大这个问题，本设备采用了改进的相 位跟踪技术， 位跟踪技术，在原有锁相环相位跟踪 技术为基础，加入IGBT串联二极管 技术为基础，加入 串联二极管 反压控制电路。 反压控制电路。
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.1三相桥式全控整流电路的主要元件和布局 三相桥式全控整流电路的主要元件和布局
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.1三相桥式全控整流电路的主要元件和布局 三相桥式全控整流电路的主要元件和布局
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.1三相桥式全控整流电路的主要元件和布局 三相桥式全控整流电路的主要元件和布局
图中LH板为电流采 图中 板为电流采 样板， 样板，其采样信号 反馈一路给IU板实 反馈一路给 板实 现电流闭环， 现电流闭环，一路 给K3板作为过流保 板作为过流保 护采样； 变压器 护采样；YH变压器 为交流电压采样变 压器， 压器，其采样信号 一路反馈给IU板实 一路反馈给 板实 现电压闭环控制， 现电压闭环控制， 一路给K3板作为过 一路给 板作为过 压保护采样。 压保护采样。
IGBT感应加热电源培训 －基本工作原理
清华大学电力电子厂 2009.6
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一、感应加热的基本原理
加热物体（即工件）置于通有交流电流的线圈内， 加热物体（即工件）置于通有交流电流的线圈内，由 于交变磁场的作用工件内部会产生涡流， 于交变磁场的作用工件内部会产生涡流，依靠这些涡流的 能量达到加热目的。 能量达到加热目的。
电子 开关 启动频率 电位器
图 10 锁相环相位跟踪电路原理框图及相关波形图
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六、逆变桥的基本工作原理
6.5锁相环锁相和相位调整的工作原理 锁相环锁相和相位调整的工作原理 逆变器工作前，由于负载上的电压为零，因此无法获得启动时的负载电压自激信号， 逆变器工作前，由于负载上的电压为零，因此无法获得启动时的负载电压自激信号，本设 备采用它激启动，逆变器启动后，当电源输出电压达到某一值时， 备采用它激启动，逆变器启动后，当电源输出电压达到某一值时，使电子开关输出由它激信号 转换成自激信号，从而完成了逆变器的启动过程。 转换成自激信号，从而完成了逆变器的启动过程。重叠时间生成电路和驱动电路产生逆变器功 率器件IGBT正确的驱动波形。 正确的驱动波形。 率器件 正确的驱动波形
图7 功率调节控制框图
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.4三相桥式全控整流电路波形检测 三相桥式全控整流电路波形Βιβλιοθήκη Baidu测 整流桥实际输出电压波形，直压分别为100V、300V、515V。 整流桥实际输出电压波形，直压分别为 、 、 。
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四、三相桥式全控整流电路工作原理
4.4三相桥式全控整流电路的波形检测 三相桥式全控整流电路的波形检测 测量方法：断开整流输出，接一个约500 /500W的电阻负载，如下图， 的电阻负载， 测量方法：断开整流输出，接一个约 的电阻负载 如下图， 送电后启动电源，不振的情况下， 点位置开始逐步调节启动电位器， 送电后启动电源，不振的情况下，从3点位置开始逐步调节启动电位器， 点位置开始逐步调节启动电位器 用高压探头进行测量。 用高压探头进行测量。
K3板
驱动板
YH4
YH5
UF板
XF板
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六、逆变桥的基本工作原理
6.4 反压限制的相位跟踪技术
300V <100V
采用前
采用后
性能： 性能：二极管反压 300V 效果： 效果：反向恢复损耗
：100V
９：１
负载适应性比原来有大幅提高。 负载适应性比原来有大幅提高。 水平：国内领先（国内查新未见其他报道）。 水平：国内领先（国内查新未见其他报道）。