高频串联型逆变器控制技术研究

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1、高频串联型逆变器控制技术研究

2、第1内容显示中摘　要：分析了目前被普遍应用的串联型逆变器锁频锁相方法在实现逆变器工作状态控制时的优缺点，提出了一种复合锁频锁相方法，实现了定角控制，利用Matlab/Simulink进行了建模、仿真，仿真结果验证了复合锁频锁相方法的正确性和有效性。　　关键词：串联型逆变器；锁频锁相；定角控制；相位补偿　　串联型固态感应加热电源因其起动容易、易高频化的优点在高频感应加热领域被广泛应用。为保证逆变器安全工作并提高工作效率，串联型逆变器一般工作在感性准谐振状态。目前广泛应用的串联型逆变器锁频锁相方法虽然可以实现逆变器感性工作状态控制，但是负

3、载功率因数角随负载参数变化，不能实现定角控制,影响逆变器安全、稳定、高效地运行。所谓定角控制是指在逆变器运行过程中保持功率因数角恒定，且不受负载参数变化影响，从而确保逆变电源安全、稳定、高效地工作。本文从定角控制角度对串联型逆变器锁频锁相方法进行研究，提出一种复合锁频锁相方法，实现了定角控制。1锁频锁相控制方法1.1锁频锁相控制方法分析　　逆变器锁频锁相控制方法一般采用锁相环PLL电路。他主要由鉴相器PD、压控振荡器VCO和外接低通滤波器LPF组成。锁相环是一个相位误差控制系统，他通过比较输入信号（控制信号）和压控振荡器输出信号（被控制信号）之间的相位差来调节其

4、输出频率，从而达到锁相环路输入输出信号同频的目的。如果鉴相器和滤波参数选择适当，锁相环还可以实现无相差锁频。串联型逆变器锁频锁相控制采用锁相环的目的是利用锁相环频率自动跟踪功能实现对负载电压、电流的频率和相位关系的控制，使逆变器工作在感性准谐振状态。锁频锁相控制系统框图如图1所示。500)this.style.ouseg(this)">　　串联型逆变器锁频锁相电路的输入信号一般取表示负载谐振频率、相位的负载电流信号IH。压控振荡器的输出信号Vf经过死区形成电路和隔离驱动电路后，通过控制功率开关器件的开通与挂断来控制负载电压的频率与相位，使负载电压的频率和相位随负载

5、电流的频率和相位变化。由于电流采样、隔离驱动、逆变功率开关器件的开通与挂断都需要时间，导致锁相环输入输出信号的相位关系并不代表负载电压电流的相位关系，需加入相位补偿环节，分析如图2所示。500)this.style.ouseg(this)">　　IH为主电路中负载电流波形，IH1为由电流互感器取出的负载电流信号，由于电流互感器原边与副边信号间存在延时Δt1，则IH1滞后IH的时间为Δt1。从压控振荡器输出到功率开关器件开通，延时为Δt2，则UH滞后Vf的时间为Δt2。锁相环锁定状态即Iin与Vf同频同相时，若不加入相位补偿环节，即500)this.style.o

6、useg(this)">则负载电压滞后负载电流的时间为Δt1＋Δt2，相位差φ＝f×(Δt1＋Δt2）×360°。可见，由于延时的存在，锁定状态下逆变器工作在容性不安全状态。为弥补因控制信号延时引起的控制偏差，锁频锁相控制电路一般加入相位补偿环节，当相位补偿环节完全补偿控制电路信号延时，即补偿时间Δt＝Δt1＋Δt2时，锁相环输入输出信号的相位关系等于负载电压电流的相位关系，锁相环锁定状态下负载功率因数角为0。为避免因负载参数变化使逆变器工作状态偏移到容性不安全状态，一般控制逆变器工作在感性准谐振状态，实现方法是在相位补偿电路完全补偿控制信号延时Δt1＋Δt2基础

7、上加入额外补偿时间Δt3，即相位补偿环节总延时为Δt＝Δt1＋Δt2＋Δt3，使得锁定状态下逆变器负载电压相位超前负载电流Δt3，负载功率因数角φ＝f×Δt3×360°，从而保证了逆变器工作在感性状态。1.2锁频锁相方法存在的弊端　　感应加热负载为导磁材料时，其导磁率与磁场强度和温度有关。当磁场强度一定时，导磁率随温度升高而下降，且在居里点附近变化剧烈。负载从冷态被加热到热态过程中，磁性材料负载的导磁率下降引起负载与线圈耦合电感减小、负载谐振频率上升。锁频锁相方法中反馈回路相位补偿环节固定延时Δt3虽可使逆变器工作在感性状态，但负载频率变化时，由Δt3所形成的负载

8、功率因数角（φ＝f×Δt3×360°）将随之变化，频率上升、功率因数角增加、频率下降、功率因数角减小。若相位补偿电路补偿时间按频率较低时设定，则负载谐振频率升高后会引起负载功率因数角增加、逆变器效率降低。若补偿时间按负载谐振频率较高时设定，则负载谐振频率低时负载功率因数角较小，逆变器安全性降低。　　综上所述：对于磁性材料负载，锁频锁相方法中相位补偿电路只能针对某一频率进行静态补偿，无法在负载谐振频率变化前后实现对负载功率因数角的恒定控制。2复合锁频锁相控制方法　　针对串联型逆变器锁频锁相控制方法在负载谐振频率变化前后不能实现定角控制的缺点，本文提出了一种改进的锁

9、频锁相控制