[发明专利]一种基于全波斩控整流电路的中频炉

权利要求书

1.一种基于全波斩控整流电路的中频炉，其特征在于：由三相交流电源，变压器，N个全波斩控整流电路，逆变电路和感应线圈构成；

其中三相交流电源接变压器的一次侧线圈，变压器的二次侧线圈相互隔离，每个线圈的输出接全波斩控整流电路的交流输入端，N个全波斩控整流电路的直流侧输出串联连接，然后接到直流滤波电路上，直流滤波电路的另一侧接逆变电路的直流侧输入，逆变电路的交流侧输出接感应线圈；

直流滤波电路有电容或电感构成，其作用为抑制全波斩控整流电路输出的电压和电流的波动，为逆变电路提供一个稳定的电压和电流，同时也抑制逆变电路对全波斩控整流电路的干扰；

全波斩控整流电路包含单相全桥二极管整流电路，滤波电容，补偿电路，多重斩波电路；

单相全桥二极管整流电路作为全波斩控整流电路的交流输入，单相全桥二极管整流电路的直流侧接滤波电容（C），多重斩波电路的输入接滤波电容（C）的两端，多重斩波电路的输出作为全波斩控整流电路的输出；其中补偿电路的作用为补偿电容的充放电电流；

其中多重斩波电路由多个单重降压斩波电路构成，其中单重降压斩波电路由IGBT（T），二极管（D）和电感（L）构成，IGBT的集电极作为斩波电路的正极输入，IGBT的发射极，二极管（D）的阴极和电感（L）的一端相连，二极管（D）的阳极作为斩波电路的输入的负极和输出的负极，电感（L）的另一端作为斩波电路输出的正极；

多个单重斩波电路的正极输入相连作为多重斩波电路的正极输入，多个单重斩波电路的负极输入相连作为多重斩波电路的负极输入，多个单重斩波电路的正极输出相连作为多重斩波电路的正极输出，多个单重斩波电路的负极输出相连作为多重斩波电路的负极输出。

2.如权利要求1所述的一种基于全波斩控整流电路的中频炉，其特征在于：所述的多重斩波电路中的IGBT的占空比为：

  (1)

其中D为所述的直流斩波电路中IGBT的占空比，Vdc为所述的二极管整流电路直流侧电压瞬时值，I₁为直流斩波电路输出侧电流，G为等效电导；通过控制等效电导（G）的大小，便可以控制整流电路输出电压的大小；

其中滤波电容（C）和斩波电路可以等效为一个电导为G的电导，连接在二极管整流电路的直流侧，从而使二极管整流电路的交流侧电流为正弦波；

全波斩控整流电路的输出电压为：

   （2）

设二极管整流电路交流侧电压的数学表达式为：

（3）

则二极管整流电路直流侧电压表达式为：

（4）

将式（4）带入式（2）可以得到全波斩控整流电路的输出电压为：

  （5）

由式（5）可以看到，全波斩控整流电路的输出电压中含有直流分量和倍频分量；

所述的变压器的二次侧由一组或多组三相交流电源构成，假设其中一组三相交流电源的电压为：

（6）

根据式（5）可以得到则每个全波斩控整流电路的输出电压为：

（7）

由于全波斩控整流电路的直流侧串联连接，则其直流侧输出电压为：

（8）

将式（7）代入式（8）可以得到：

（9）

由式（9）可以看出，三相全波斩控整流电路的直流侧输出电压是一个稳定的直流电压，单个全波斩控整流电路的直流侧串联后，其输出电压中的倍频波动分量相互抵消了，而三相交流电源输入的电流为正弦波，可以通过改变等效电导（G）的大小来改变三相半控整流电路的输出电压。

3.如权利要求1所述的一种基于全波斩控整流电路的中频炉，其特征在于：所述的补偿电路由主H桥子模块（SM），一个或多个辅助H桥子模块（SM₁~SM_n）和电感（L₁）构成，其中主H桥子模块（SM）的直流侧接权利要求1所述的全波斩控整流电路中的二极管整流电路直流侧滤波电容（C），辅助H桥子模块的交流侧，电感（L₁）和主H桥子模块（SM）的交流侧依次串联连接，形成一个回路；辅助H桥子模块（SM₁~SM_n）的直流侧接电容（C₁~C_n），用于稳定辅助H桥子模块的直流侧电压；

主H桥子模块（SM）的控制方法为：二极管整流电路交流侧电压（V_ac）为正时，主H桥子模块的交流侧输出正电压（T₁和T₄导通），二极管整流电路交流侧电压（V_ac）为负时，主H桥子模块的交流侧输出负电压（T₂和T₃导通），此时，主H桥子模块的交流侧输出电压与二极管整流电路交流侧电压（V_ac）的瞬时值相等；主H桥子模块（SM），辅助H桥子模块（SM₁~SM_n）和电感构成一个单相STATCOM系统；

通过控制辅助H桥子模块（SM₁~SM_n）的交流侧输出电压可以控制该单相STATCOM系统输出的无功功率，通过调整该无功功率的大小，可以使单相STATCOM系统的感性无功与二极管直流侧滤波电容（C）的容性无功相互抵消，从而补偿滤波电容（C）的容性无功对全波斩控整流电路交流侧波形的影响。