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论可控硅并联谐振变换器的能量转换
并联谐振变流器是广泛应用于各种频率的感应加热电源的拓扑结构，如电磁炉、中频熔炼炉、高频感应炉等。感应加热是利用电磁感应传递能量的装置，装置的核心元件是电感元件，而电感元件是蓄能元件，电感元件通过磁场将能量传递出去的同时自身还储存有磁场能量，因此储存在电感元件的能量的再转换就是必须解决的问题。电感元件的能量的再转换有许多方案，利用LRC的振荡实现电感元件能量转换的方案就称之为谐振变换，而谐振变换又有串联和并联之分。不管是串联还是并联谐振变换，其本质都是让储存在电感元件中的能量得以转移出来，使得转换装置可以连续地工作。如现今普遍家用的电磁炉就是最简单的并联谐振变换装置，储存到电感元件的磁场能量在电感元件和电容器、电阻器之间振荡传递和消耗完。但是同样在工业中频电源中大量应用的可控硅并联谐振电源却让人看不懂。
图1为可控硅全桥并联谐振变换原理图，可以从任意一本感应加热的专业书籍上找得到，其工作原理也是经典描述如下。
1、 初始状态为零，首先触发SCR1和SCR3，两个晶闸管SCR1、SCR3导通，电路电流方向如图1实线箭头所示，电容器充电其极性如图1所示，电感支路的电流按指数规律逐渐增大。
2、 当电感的电流达到要求时，触发SCR2和SCR4，两个晶闸管SCR2和SCR4导通，这两个晶闸管一经导通，充有电的电容器就分别通过这两个晶闸管向原先已导通的SCR1和SCR3反向放电，其放电路径如图2的实线箭头所示。晶闸管在直流供电状态一经导通就不会关断，要关断就需要施加反向电压和电流以强迫晶闸管关断。因此，SCR2和SCR4的导通，就迫使 SCR1和SCR3关断。
以上就是经典的工作原理，描述无疑是正确的，但是它有遗忘的东西，而遗忘的正是最关键的电感元件的储能。
按照换路定律，电路转换时电感元件的电流不变，这个不变包括大小不变和方向也不变，其感生电动势的方向应该如图2所示，其电流方向应该是图2的虚线箭头所示，而这个方向和电容器的放电方向是相反的，这两个相反路径的电流作用下，已经导通的SCR1和SCR3能关断吗?而此时SCR2和SCR4又导通，变成四个晶闸管一起导通，电路变成了直通，电流会趋于受限制的极大值，装置会损坏，转换失败。
用Pspice做一个可控硅并联换流器的仿真如下。
L=16uH，C=1600uF，R=1Ω
可控硅2N6405，控制工作频率f=1000Hz，周期T=0.001s，脉宽w=0.0005s，直流供电电压Us=200V，限流电阻r=2Ω。
仿真计算时间设置为0.001秒，但程序只能运行到50%就停止了，原因是到50%时是换向开始时，系统无法换向，以致仿真停止。重新调整计算时间为0.0005秒，运行完成。以下的图像反映了各点的电流、电压曲线。
上图中绿线时电容器左端的电压，红线是电容器右端的电压。
上图中绿线是电容的电流，红线是电感的电流。
上图中绿线是SCR1的电流，红线是SCR2的电流。
绿线为可控硅SCR1的电流曲线，红线为可控硅SCR2的电流曲线，黄线为电感的电流曲线，蓝线是电容的电流曲线。
来源：中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com/ |
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