可控硅中频电源启动过程建模与控制参数优化研究

赵希

摘 要：并联谐振型可控硅中频电源在锻造行业当中发挥出来的作用十分重要，但是启动问题一直以来都会影响它的兄能提升，为了能够让复杂工作情况下电源启动成功率低下和启动性能不够优秀等问题，本文详细地对电源启动过程中存在的问题进行分析，并提出了一些启动控制参数优化调整方法，希望可以在日后相关工作人员对这个问题进行分析的时候，起到一定借鉴性作用，最终在我国社会经济发展进程向前推进的过程中，起到一定促进性作用。

关键词：可控硅；中频电源；启动；问题；应对措施

1.问题研究背景及意义

在感应加热电源功率逐渐提升，与此同时在节能、环保以及经济性能等领域当中的优势越发明显起来的情况下，加热电源在锻造行业当中发挥出来的作用越发重要起来，但是在某些单击作业工作比较大的情况下加热的时候，串联型感应加热电源在功率方面上没有办法满足实际要求，在此背景下单击功率比较大的并联型可控硅感应加热电源就展现出来更为明显的优势，但是并联型感应加热电源在功率较大的情况下其实存在难以启动这个问题。提升可控硅感应加热电源功率以及启动困难这一对矛盾限制了进一步的发展，在各项工作进行的过程当中，迫切的要求在加热功率较大的情况下对启动性能做出一定保证。

现阶段我國已经研发出来了很多启动方法，但是在加热功率以及负载逐渐增大的情况下，电源的启动成功率随之下降，依据研究者的实验结果，在一定实验条件之下才可以成功启动，并且保留下来比较丰富的启动裕量，但是上文中所说的这些启动电路一般情况下是基于干预充能量的角度上进行分析，并没有详细地对能量补充速度、能量衰减速度等问题进行分析；另外一个方面，可控硅感应加热电源启动的过程当中负载功率比较大，也就是在重载启动的过程当中，一般的启动控制方法成功率十分低下。所以应当详细地对可控硅中频暗影加热电源启动方法进行分析，不单单需要考虑到电源系统预充能量这个问题，也应当详细地对能量补充速度以及衰减速度进行分析，将主要因素把握在自己的手中，将变化关系作为依据提出一种安全性比较强的可控硅中频感应加热电源启动方法，以便于可以让启动性能和载荷之间的适应性得到大幅度提升，特别是应当增强重载情况下的启动能力。

2.重载启动困难问题形成原因及应对措施

在系统初始能量的冲击之下，负载等效回路如果已经可以被检测出来振荡电压，那么就需要依据电路等效参数及时针对控制量进行优化调整，以便于可以让中频电源系统当中的能量及时得到补充。假如负载中频电压本身已经具备比较稳定的震荡幅度数值，那么就可以认为中频电源已经成功启动。这一个阶段实际上十分重要，因为在重载启动的过程当中，负载等效回路的衰减因子比较大，在起振完成之后假如后期能量补充速度过于缓慢，那么负载回路当中中频电压自然会显得比较小，没有办法支持可控硅逆变桥换流，在此基础上自然没有办法成功启动。

2.1重载启动困难的原因

感应加热电源的等效负载回路零输入相应如图1所示，在图 当中，曲线1被当成是不具备震荡心梗的RLC零输入相应，曲线2是能量衰减速度非常快的RLC零输入相应，曲线3是能量衰减速度比较缓慢的RLC零输入相应。曲线1对应的负载回路情况，不管是初始能量有多大，不管能量补偿速度有多块，都是没有办法实现电源启动目标；曲线2的负载回路情况可以归结为重载启动，在此基础上可以发现负载衰减因子十分巨大，那么就需要在很短的是一件之内实现能量补充才可以完成启动工作，在此情况下会对启动条件和启动控制策略提出比较高的要求。曲线3在负载回路电压衰减到可以可靠启动的范围当中的情况下，就可以产生比较多的逆变触发脉冲，在此基础上其所对应的负载回路启动成功率自然比较高。

并联谐振型可控硅中频电源逆变桥开关元器件应用到的是可控硅，因此在换流的过程当中，没有办法实现全控关断，需要使用到外界提供的反压强迫关断。可控硅逆变桥换流的过程当中，一般会将负载电压当成可控硅反向换流电压，在此基础上逆变桥自然可以正常的工作，一定需要保证每一次换流的过程当中，负载等效回路具备一定幅值的负载端电压，从能量的角度上进行分析，也就是负载补偿电容C0在每一次换流的过程当中，都会具备一个能量下限数值W0，在负载回路当中能量低于W0的情况下，逆变桥换流工作就没有办法顺利开展，自然也就可以判定它启动失败，本文当中将负载电压U0代表W0。

负载回路当中能量W的多少一方面和感应加热过程中的能量消耗有一定相互关系，另外也会被整流桥能量供应速度影响。在电流源型中频电源放电起振的阶段当中，负载回路因为等效参数在不同状态之下不一样，因此产生的能量衰减因子自然也不同，甚至会让衰减因子不带有任何振荡性能。在下文中所说的这几个因素的影响下，都有可能发生启动失败问题。在这一个阶段当中没有办法正常的获取负载振荡频率，也就是不能够精准的触发逆变桥，因此也就没有办法及时的补充能量，甚至在某些情况下会触发完全相反的桥臂导通；负载能量的衰减速度过于迅猛，补充的能量和初始能量相加仍然没有办法超过换流下限数值W0.

2.2提升启动性能的方法

依据上文中的叙述可以得知的是，电源型中频电源重载情况之下，之所以启动难度比较高，是因为负载振荡回路的能量衰减速度超过了补充速度，当这个状态持续一定时间之后，晶闸管逆变桥就没有办法正常换流，从而也就会引发启动失败这样的问题，如果想要让这个问题得到解决，主要可以使用下文中所说的这些措施。针对关键控制量进行优化调整，逐步降低负载振荡环节当中的能量衰减速度。尽可能提升预充初始能量，以便于可以让启动环节当中逆变桥的可靠换流时间得到大幅度提升。

参考文献

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（作者单位：河南省平顶山市平媒股份四矿）