一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法技术

本发明专利技术公开了一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法，包括以下步骤：S1.建立关于整流输出电压、整流输出电流、平波电抗器电感值、负载谐振电压的平衡方程；S2.确定整流输出电压关于整流导通角的数学表达式；S3.建立逆变端电压模型；S4.利用工程化的求解方法，推导得出整流输出电流。本发明专利技术通过理论推导并结合实际情况中对误差的要求，利用工程化的求解方法确定较为精确的整流输出电流瞬态值。在应用上用来指导对导通角的选择，以达到缩短调整时间，准确、快速的控制电流的变化以适应不同工作需求的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法
本专利技术属于感应加热领域，具体涉及一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法。
技术介绍
目前，感应加热设备在金属加工行业已经得到了广泛的应用，比如需要增加硬度的金属或者是需要高温熔炼、成型的产品，该类产品被加热的温度跟它在加热设备中吸收的热量有关。因此，有效控制感应加热设备的输出功率以及产品在加热设备中停留的时间都能够调节产品吸收的热量，从而控制产品被加热的温度。在现有的感应加热设备中，通过调节整流电路模块的整流导通角来调节整流输出电压，从而调节感应加热的功率。在负载端，被加热的物料一般按照固定的速度从感应加热线圈中通过，这样，被加热物料所要达到的温度要求只能通过改变整流导通角，从而改变加热输出功率来调节。图1所示电路为可控硅并联谐振型感应加热电源系统的电路原理图，该电路的作用是将三相工频交流电转变为单相交流电，以满足特殊行业的生产需求，如淬火、透热、熔炼、焊接等。有一些特殊的领域，如淬火，需要在极短的时间内使负载电流从0上升到工作电流，这就需要在整流端施加较高的电压来加快负载电流的上升速度。受器件电气特性(如可承受最大电流)的限制，使得所施加的整流电压幅值受限。因此，需要根据器件的电气特性和负载电压的要求来选择最佳的整流电压以满足特殊工作过程的工作条件。现有的整流输出电流的确定方法，采用积分的方式对一段时间的整流输出电压求平均值，无法准确得到整流输出电流在某一时刻t的确切值及上升率。在实际应用中受系统安全性要求的制约，对于导通角的选取会比较保守，因此调整时间较长，不能快速进入稳态，无法满足如启动、淬火等过程的要求。另外，现有的方法在对负载的处理上，将负载的阻值视为恒定的值，没有考虑整流输出电流通过逆变桥加在并联谐振负载上所产生的负载端电压的变化情况。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的是提供一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法，包括以下步骤：S1.通过整流电路、平波电抗器与并联谐振逆变电路之间的电流电压关系，建立关于整流输出电压、整流输出电流、平波电抗器电感值、负载谐振电压的平衡方程；平衡方程为：其中U(t)为整流端输出电压，L为平波电抗器电感值，i(t)为整流端输出电流，R0为逆变电路总阻抗，ωH为谐振角频率；S2.通过三相线电压、整流导通角与整流输出电压波形之间的关系，确定整流输出电压关于整流导通角的数学表达式；整流端输出电压与整流导通角的关系为：其中U0为三相电网电压有效值，ω为整流输出电压角频率，m为整流输出电压波形完整周期数，α为整流导通角；S3.通过并联谐振负载电路特点与逆变桥开关切换对整流输出的影响，建立逆变端电压模型；逆变端模型为：i(t)R0|sinωHt|；S4.通过平衡方程、整流输出电压表达式、逆变端电压模型，利用工程化的求解方法，推导得出整流输出电流表达式，整流输出电流为：其中C(t)为平衡方程的通解中的系数表达式，表达式为：其中t*＝(ωHt)％π。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术提出了一种确定整流端输出电流的方法，通过理论推导并结合实际情况中对误差的要求，利用工程化的求解方法确定较为精确的整流输出电流瞬态值。在应用上用来指导对整流导通角的选择，以达到缩短调整时间，准确、快速的控制电流的变化以适应不同工作需求的目的。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为可控硅并联谐振型感应加热电源系统原理图；图2为WM两点间电压波形图；图3为P'N两点间电压波形图；图4为三相全控桥式电路输出电压波形；(a)为导通角α为30°(感性负载)，(b)为导通角α为30°(阻性负载)，(c)为导通角α为90°(感性负载)，(d)为导通角α为90°(阻性负载)；图5为系统整流简图；图6为整流输出电压波形与P'N端电压波形特点对比图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。图1所示电路为可控硅并联谐振型感应加热电源系统的电路原理图，该电路的作用是将三相工频交流电转变为单相交流电，以满足特殊行业的生产需求，如淬火、透热、熔炼、焊接等。当图1的负载4稳定工作时，WM两端电压波形成正弦形式变化，即VWM＝VmsinωHt，如图2所示。由VT7～VT10组成的逆变桥实现了整流桥输出的直流电压到负载侧交流电压电压的变换，稳定工作时逆变两端的电压为VP'N＝Vm|sinωHt|，如图3所示。在图1所示电路的应用中，有一些特殊的领域，如淬火，需要在极短的时间内使负载电流从0上升到工作电流，这就需要在整流端施加较高的电压来加快负载电流的上升速度。受器件电气特性(如可承受最大电流)的限制，所施加的整流电压幅值受限。因此，需要根据器件的电气特性和负载电压要求来选择最佳的整流电压以满足特殊工作过程的工作条件。整流电压的调节是通过可控硅的导通角度来控制的，典型导通角对应的输出电压波形如图4所示。整流输出电压与导通角的关系可用如下式子确定：整流输出电流与整流导通角的关系由如下式子确定：式中符号的具体意义见表1。式(2)是一个超越方程，不能通过该式求解出整流输出电流(并联谐振型负载直流侧电流)与整流导通角定量关系。现有的计算整流输出电流的方法中，通常考虑两类负载：一类是电感性负载，其输出电压波形如图4(a)、(c)所示，通过积分的方式计算出某一时间段输出电压平均值为：输出电流id的平均值Id为另一类是电阻性负载，输出电压波形分别如图4(b)、(d)所示。当α≤60°时，输出电压平均值、电流平均值与电感性负载相同；当α＞60°时，整流电压平均值为输出电流id的平均值Id为由此可知，现有的整流输出电流的确定方法，采用积分的方式对一段时间的整流输出电压求平均值，无法准确得到整流输出电流在某一时刻t的确切值及上升率。在实际应用中受系统安全性要求的制约，对于导通角的选取会比较保守，因此调整时间较长，不能快速进入稳态，无法满足如启动、淬火等过程的要求。另外，现有的方法在对负载的处理上，将负载的阻值视为恒定的值，没有考虑整流输出电流通过逆变桥加在并联谐振负载上所产生的负载端电压的变化情况。针对以上问题，本专利技术提出了一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法，该方法通过以下过程获得系统整流简图如图5所示。由图5，可得出系统平衡方程为一阶线性非其次微分方程，式(7)的解由通解和特解组成。通解初始状态下，整流端输出电压U(t)＝0，则有式中：(这里“[A]”表示对A取整)由式(8)积分得通解为式中：特解稳定状态下，整流端输出电压U(t)≠0，由式(1)、(7)、(9)可得：式中：由于整流电压输出波形和P'N端电压波形具有以下特点，如图6所示:●整流输出波形和负载电压波形均为周期函数；●同一个整流周期内整流导通角不变；●P'N端电压波形变化速度大于整流端，即T＞TH，在一个整流周期内，至少有次负载电压波形的脉动。故本方法仅考虑计算一个完整的整流电压周期结束后的电流值，即令式(10)中的m＝0，仅考虑一个整流周期内的电流变化情况。为了求解式(10)的积分值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.通过整流电路、平波电抗器与并联谐振逆变电路之间的电流电压关系，建立关于整流输出电压、整流输出电流、平波电抗器电感值、负载谐振电压的平衡方程；平衡方程为：其中U(t)为整流端输出电压，L为平波电抗器电感值，i(t)为整流端输出电流，R0为逆变电路等效阻抗，ωH为谐振角频率；S2.通过三相线电压、整流导通角与整流输出电压波形之间的关系，确定整流输出电压关于整流导通角的数学表达式；整流端输出电压与整流导通角的关系为：其中U0为三相电网电压有效值，ω为整流输出电压角频率，m为整流输出电压波形完整周期数，α为整流导通角；S3.通过并联谐振负载电路特点与逆变桥开关切换对整流输出的影响，建立逆变端电压模型；逆变端模型为：i(t)R0|sinωHt|；S4.通过平衡方程、整流输出电压表达式、逆变端电压模型，利用工程化的求解方法，推导得出整流输出电流表达式，整流输出电流为：其中C(t)为平衡方程的通解中的系数表达式，表达式为：C(t*)=3UoR02ωHL2ea(ωH-ω)cos[(ωH-ω)t*+α+π3]-3UoR02ωHL2ea(ωH+ω)cos[(ωH+ω)t*+α+π3]-3UoωLeacos(ωt*+α+π3)+C]]>其中t*＝(ωHt)％π。...

【技术特征摘要】
1.一种并联谐振型负载的直流侧电流确定方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.通过整流电路、平波电抗器与并联谐振逆变电路之间的电流电压关系，建立关于整流输出电压、整流输出电流、平波电抗器电感值、负载谐振电压的平衡方程；平衡方程为：其中U(t)为整流端输出电压，L为平波电抗器电感值，i(t)为整流端输出电流，R0为逆变电路等效阻抗，ωH为谐振角频率；S2.通过三相线电压、整流导通角与整流输出电压波形之间的关系，确定整流输出电压关于整流导通角的数学表达式；整流端输出电压与整流...

【专利技术属性】
技术研发人员：程森林，纵瑞雪，何强志，王川，石友义，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85