可控硅中頻電源啟動過程建模與控制參數優化研究

趙希

摘 要：并聯諧振型可控硅中頻電源在鍛造行業當中發揮出來的作用十分重要，但是啟動問題一直以來都會影響它的兄能提升，為了能夠讓復雜工作情況下電源啟動成功率低下和啟動性能不夠優秀等問題，本文詳細地對電源啟動過程中存在的問題進行分析，并提出了一些啟動控制參數優化調整方法，希望可以在日后相關工作人員對這個問題進行分析的時候，起到一定借鑒性作用，最終在我國社會經濟發展進程向前推進的過程中，起到一定促進性作用。

關鍵詞：可控硅；中頻電源；啟動；問題；應對措施

1.問題研究背景及意義

在感應加熱電源功率逐漸提升，與此同時在節能、環保以及經濟性能等領域當中的優勢越發明顯起來的情況下，加熱電源在鍛造行業當中發揮出來的作用越發重要起來，但是在某些單擊作業工作比較大的情況下加熱的時候，串聯型感應加熱電源在功率方面上沒有辦法滿足實際要求，在此背景下單擊功率比較大的并聯型可控硅感應加熱電源就展現出來更為明顯的優勢，但是并聯型感應加熱電源在功率較大的情況下其實存在難以啟動這個問題。提升可控硅感應加熱電源功率以及啟動困難這一對矛盾限制了進一步的發展，在各項工作進行的過程當中，迫切的要求在加熱功率較大的情況下對啟動性能做出一定保證。

現階段我國已經研發出來了很多啟動方法，但是在加熱功率以及負載逐漸增大的情況下，電源的啟動成功率隨之下降，依據研究者的實驗結果，在一定實驗條件之下才可以成功啟動，并且保留下來比較豐富的啟動裕量，但是上文中所說的這些啟動電路一般情況下是基于干預充能量的角度上進行分析，并沒有詳細地對能量補充速度、能量衰減速度等問題進行分析；另外一個方面，可控硅感應加熱電源啟動的過程當中負載功率比較大，也就是在重載啟動的過程當中，一般的啟動控制方法成功率十分低下。所以應當詳細地對可控硅中頻暗影加熱電源啟動方法進行分析，不單單需要考慮到電源系統預充能量這個問題，也應當詳細地對能量補充速度以及衰減速度進行分析，將主要因素把握在自己的手中，將變化關系作為依據提出一種安全性比較強的可控硅中頻感應加熱電源啟動方法，以便于可以讓啟動性能和載荷之間的適應性得到大幅度提升，特別是應當增強重載情況下的啟動能力。

2.重載啟動困難問題形成原因及應對措施

在系統初始能量的沖擊之下，負載等效回路如果已經可以被檢測出來振蕩電壓，那么就需要依據電路等效參數及時針對控制量進行優化調整，以便于可以讓中頻電源系統當中的能量及時得到補充。假如負載中頻電壓本身已經具備比較穩定的震蕩幅度數值，那么就可以認為中頻電源已經成功啟動。這一個階段實際上十分重要，因為在重載啟動的過程當中，負載等效回路的衰減因子比較大，在起振完成之后假如后期能量補充速度過于緩慢，那么負載回路當中中頻電壓自然會顯得比較小，沒有辦法支持可控硅逆變橋換流，在此基礎上自然沒有辦法成功啟動。

2.1重載啟動困難的原因

感應加熱電源的等效負載回路零輸入相應如圖1所示，在圖 當中，曲線1被當成是不具備震蕩心梗的RLC零輸入相應，曲線2是能量衰減速度非常快的RLC零輸入相應，曲線3是能量衰減速度比較緩慢的RLC零輸入相應。曲線1對應的負載回路情況，不管是初始能量有多大，不管能量補償速度有多塊，都是沒有辦法實現電源啟動目標；曲線2的負載回路情況可以歸結為重載啟動，在此基礎上可以發現負載衰減因子十分巨大，那么就需要在很短的是一件之內實現能量補充才可以完成啟動工作，在此情況下會對啟動條件和啟動控制策略提出比較高的要求。曲線3在負載回路電壓衰減到可以可靠啟動的范圍當中的情況下，就可以產生比較多的逆變觸發脈沖，在此基礎上其所對應的負載回路啟動成功率自然比較高。

并聯諧振型可控硅中頻電源逆變橋開關元器件應用到的是可控硅，因此在換流的過程當中，沒有辦法實現全控關斷，需要使用到外界提供的反壓強迫關斷。可控硅逆變橋換流的過程當中，一般會將負載電壓當成可控硅反向換流電壓，在此基礎上逆變橋自然可以正常的工作，一定需要保證每一次換流的過程當中，負載等效回路具備一定幅值的負載端電壓，從能量的角度上進行分析，也就是負載補償電容C0在每一次換流的過程當中，都會具備一個能量下限數值W0，在負載回路當中能量低于W0的情況下，逆變橋換流工作就沒有辦法順利開展，自然也就可以判定它啟動失敗，本文當中將負載電壓U0代表W0。

負載回路當中能量W的多少一方面和感應加熱過程中的能量消耗有一定相互關系，另外也會被整流橋能量供應速度影響。在電流源型中頻電源放電起振的階段當中，負載回路因為等效參數在不同狀態之下不一樣，因此產生的能量衰減因子自然也不同，甚至會讓衰減因子不帶有任何振蕩性能。在下文中所說的這幾個因素的影響下，都有可能發生啟動失敗問題。在這一個階段當中沒有辦法正常的獲取負載振蕩頻率，也就是不能夠精準的觸發逆變橋，因此也就沒有辦法及時的補充能量，甚至在某些情況下會觸發完全相反的橋臂導通；負載能量的衰減速度過于迅猛，補充的能量和初始能量相加仍然沒有辦法超過換流下限數值W0.

2.2提升啟動性能的方法

依據上文中的敘述可以得知的是，電源型中頻電源重載情況之下，之所以啟動難度比較高，是因為負載振蕩回路的能量衰減速度超過了補充速度，當這個狀態持續一定時間之后，晶閘管逆變橋就沒有辦法正常換流，從而也就會引發啟動失敗這樣的問題，如果想要讓這個問題得到解決，主要可以使用下文中所說的這些措施。針對關鍵控制量進行優化調整，逐步降低負載振蕩環節當中的能量衰減速度。盡可能提升預充初始能量，以便于可以讓啟動環節當中逆變橋的可靠換流時間得到大幅度提升。

參考文獻

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（作者單位：河南省平頂山市平媒股份四礦）