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电流源型半桥式晶闸管中频电源

作　者: 周香全
导　师: 罗马
学　校: 南开大学
专　业: 无线电物理
关键词: 晶闸管反常功率特性虚功变实功中频电源感应加热 Q值
分类号: TN34
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,大功率晶闸管中频电源已越来越广泛的应用于熔炼、透热、热处理等过程,但是它有两个缺点:吨位小和炉壁薄。这两个缺点薄制约了它的进一步发展。吨位小使其满足不了大型化的需要。炉壁薄造成炉衬寿命短、不能吹氧、不能造渣等一系列问题。现有大功率中频电源主要分为串联补偿中频电源和并联补偿中频电源。并联补偿中频电源采用恒流源供电,补偿电容与炉体线圈并联,为电流谐振。并联谐振型中频电源的优点是不会带来谐振高压,负载适应能力强。但是,由于采用强迫换流方式,它在重负载下存在启动困难,且随着中频功率的增大而加剧,使其不能做大。且它的输出功率随Q值的增大而降低,故其炉壁不能做厚。串联逆变中频电源采用恒压源供电,补偿电容与炉体线圈串联,为电压谐振。它的优点是晶闸管采用自然换流方式,不存在启动困难,适用于需要频繁启动的场合。但是它存在电压累加问题,会带来谐振高压,并随着输出功率及Q值的增大而增大,这一谐振高压加载在负载感应器上对设备本身和操作人员都会带来危险。针对以上两种电路的缺点,设计了一种电流源型半桥式谐振逆变电路。它采用恒流源供电,电源零线引至谐振电容中点。与并联补偿相比,该电路采用自然换流方式,没有启动困难。与串联补偿相比,该电路很好的抑制了谐振高压问题。依据本电路,设计并制造完成一台1200kW试验样机,该样机运行稳定,并已熔化钢铁100余炉。文中详细分析了该电路虚功变实功的工作原理并介绍了1200kW试验样机各部分构成。在样机上进行了小功率实验,对电路的电气特性进行了测量并对实验结果进行了详细分析。实验数据表明此电路具有两个突出优点:1.该电路具有Q值越高输出功率越大的反常功率特性。依据此特性,我们可以将炉壁做厚,并由此设计了一种双层炉壁结构。2.该电路打破了Q值规律的束缚,具有“半Q值”特性,炉体电压不到串联补偿的1/4,不存在高压威胁。第四章以微分方程为基础,对该电路从暂态到稳态工作的全过程做了数学分析。理论计算波形、功率输出特性及计算数据与实验相符,证明了该理论分析的正确性,也从理论上认证了该电路Q值越高输出功率越大的反常功率特性。该理论分析对于该电路原理的分析以及将来样机的设计具有重要意义。电流源型半桥式晶闸管中频电源以其独特优势必将在大功率中频领域发挥其重要作用。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章引言  10-47
  第一节感应加热技术综述  10-18
    1.1.1 感应加热的基本原理  10-13
    1.1.2 感应加热电源的发展状况与趋势  13-16
    1.1.3 感应加热技术的特点及应用  16-18
  第二节晶闸管中频电源技术综述  18-44
    1.2.1 负载感应器的等效电路  18-22
    1.2.2 功率因数补偿电路  22-29
      1.2.2.1 串联补偿电路分析  23-26
      1.2.2.2 并联补偿电路分析  26-29
    1.2.3 中频电源主电路  29-44
      1.2.3.1 并联补偿中频电源  30-38
      1.2.3.2 串联补偿中频电源  38-44
  第三节选题背景和研究意义  44-47
第二章电流源型半桥式晶闸管中频电源  47-67
  第一节电流源型半桥式晶闸管中频电源主电路原理图  47
  第二节电流源型半桥式晶闸管中频电源工作原理分析  47-51
    2.2.1 N与M直接用导线连接的情况  48-49
    2.2.2 N与M经零线滤波电抗器连接的情况  49-50
    2.2.3 两种连接方式的比较  50-51
    2.2.4 电路电气特性分析  51
  第三节电流源型半桥式晶闸管中频电源试验样机各部分构成及功能  51-64
    2.3.1 整流桥  52-54
    2.3.2 平波电抗器  54-55
    2.3.3 逆变晶闸管  55-60
    2.3.4 续流晶闸管  60
    2.3.5 谐振电容  60
    2.3.6 隔直电容  60-61
    2.3.7 电感Lsd  61-62
    2.3.8 炉体  62-64
  第四节电流源型半桥式晶闸管中频电源控制方式  64-67
第三章电流源型半桥式晶闸管中频电源电气特性测量及结果分析  67-79
  第一节四种负载情况下炉体 Q值的测量  68-70
  第二节试验样机电气特性的测量  70-79
    3.2.1 实验波形  70-73
    3.2.2 输出功率随频率的变化  73-74
    3.2.3 谐振态不同负载下样机功率输出特性  74-75
    3.2.4 半Q值特性  75-76
    3.2.5 设备电压和电流的补偿特性  76-79
第四章电流源型半桥式晶闸管中频电源工作过程的数学分析  79-127
  第一节短路掉隔直电容后电流源型半桥式晶闸管中频电源的特性分析  79-100
    4.1.1 N、M之间用导线连接的情况  80-90
      4.1.1.1 电源工作过程数学分析  80-85
      4.1.1.2 数学分析结果  85-90
    4.1.2 N、M之间经大的滤波电抗器相连的情况  90-100
      4.1.2.1 电源工作过程的数学分析  91-98
      4.1.2.2 数学分析结果  98-100
  第二节加隔直电容后电路的数学分析及与实验的对比  100-126
    4.2.1 N、M之间直接用导线相连的情况  101-115
      4.2.1.1 工作过程数学分析  101-110
      4.2.1.2 计算结果与实验的比较  110-115
    4.2.2 加隔直电容N、M之间经零线电抗L_N连接的情况  115-126
      4.2.2.1 工作过程数学分析  115-123
      4.2.2.2 计算结果与实验的比较  123-126
  第三节小结  126-127
第五章论文总结及前景展望  127-129
  1 论文主要工作  127
  2 不足之处  127-128
  3 前景展望  128-129
参考文献  129-132
致谢  132-133
附录A 一元四次常系数齐次方程解法  133-137
附录B 计算程序  137-151
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  151

电流源型半桥式晶闸管中频电源

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