論可控硅并聯(lián)諧振變換器的能量轉(zhuǎn)換
并聯(lián)諧振變流器是廣泛應(yīng)用于各種頻率的感應(yīng)加熱電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如電磁爐、中頻熔煉爐、高頻感應(yīng)爐等。感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)傳遞能量的裝置，裝置的核心元件是電感元件，而電感元件是蓄能元件，電感元件通過(guò)磁場(chǎng)將能量傳遞出去的同時(shí)自身還儲(chǔ)存有磁場(chǎng)能量，因此儲(chǔ)存在電感元件的能量的再轉(zhuǎn)換就是必須解決的問(wèn)題。電感元件的能量的再轉(zhuǎn)換有許多方案，利用LRC的振蕩實(shí)現(xiàn)電感元件能量轉(zhuǎn)換的方案就稱(chēng)之為諧振變換，而諧振變換又有串聯(lián)和并聯(lián)之分。不管是串聯(lián)還是并聯(lián)諧振變換，其本質(zhì)都是讓儲(chǔ)存在電感元件中的能量得以轉(zhuǎn)移出來(lái)，使得轉(zhuǎn)換裝置可以連續(xù)地工作。如現(xiàn)今普遍家用的電磁爐就是最簡(jiǎn)單的并聯(lián)諧振變換裝置，儲(chǔ)存到電感元件的磁場(chǎng)能量在電感元件和電容器、電阻器之間振蕩傳遞和消耗完。但是同樣在工業(yè)中頻電源中大量應(yīng)用的可控硅并聯(lián)諧振電源卻讓人看不懂。
圖1為可控硅全橋并聯(lián)諧振變換原理圖，可以從任意一本感應(yīng)加熱的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍上找得到，其工作原理也是經(jīng)典描述如下。
1、 初始狀態(tài)為零，首先觸發(fā)SCR1和SCR3，兩個(gè)晶閘管SCR1、SCR3導(dǎo)通，電路電流方向如圖1實(shí)線箭頭所示，電容器充電其極性如圖1所示，電感支路的電流按指數(shù)規(guī)律逐漸增大。
2、 當(dāng)電感的電流達(dá)到要求時(shí)，觸發(fā)SCR2和SCR4，兩個(gè)晶閘管SCR2和SCR4導(dǎo)通，這兩個(gè)晶閘管一經(jīng)導(dǎo)通，充有電的電容器就分別通過(guò)這兩個(gè)晶閘管向原先已導(dǎo)通的SCR1和SCR3反向放電，其放電路徑如圖2的實(shí)線箭頭所示。晶閘管在直流供電狀態(tài)一經(jīng)導(dǎo)通就不會(huì)關(guān)斷，要關(guān)斷就需要施加反向電壓和電流以強(qiáng)迫晶閘管關(guān)斷。因此，SCR2和SCR4的導(dǎo)通，就迫使 SCR1和SCR3關(guān)斷。
以上就是經(jīng)典的工作原理，描述無(wú)疑是正確的，但是它有遺忘的東西，而遺忘的正是最關(guān)鍵的電感元件的儲(chǔ)能。
按照換路定律，電路轉(zhuǎn)換時(shí)電感元件的電流不變，這個(gè)不變包括大小不變和方向也不變，其感生電動(dòng)勢(shì)的方向應(yīng)該如圖2所示，其電流方向應(yīng)該是圖2的虛線箭頭所示，而這個(gè)方向和電容器的放電方向是相反的，這兩個(gè)相反路徑的電流作用下，已經(jīng)導(dǎo)通的SCR1和SCR3能關(guān)斷嗎？而此時(shí)SCR2和SCR4又導(dǎo)通，變成四個(gè)晶閘管一起導(dǎo)通，電路變成了直通，電流會(huì)趨于受限制的極大值，裝置會(huì)損壞，轉(zhuǎn)換失敗。
用Pspice做一個(gè)可控硅并聯(lián)換流器的仿真如下。
L=16uH，C=1600uF，R=1Ω
可控硅2N6405，控制工作頻率f=1000Hz，周期T=0.001s，脈寬w=0.0005s，直流供電電壓Us=200V，限流電阻r=2Ω。
仿真計(jì)算時(shí)間設(shè)置為0.001秒，但程序只能運(yùn)行到50%就停止了，原因是到50%時(shí)是換向開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法換向，以致仿真停止。重新調(diào)整計(jì)算時(shí)間為0.0005秒，運(yùn)行完成。以下的圖像反映了各點(diǎn)的電流、電壓曲線。
上圖中綠線時(shí)電容器左端的電壓，紅線是電容器右端的電壓。
上圖中綠線是電容的電流，紅線是電感的電流。
上圖中綠線是SCR1的電流，紅線是SCR2的電流。
綠線為可控硅SCR1的電流曲線，紅線為可控硅SCR2的電流曲線，黃線為電感的電流曲線，藍(lán)線是電容的電流曲線。
結(jié)論：
可控硅并聯(lián)諧振變換器不能完成換向，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。
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