8.2  高频逆变器

高频逆变器是一种产生高频率电压电流的特殊逆变器。其应用实例如图8.6所示。经晶闸管单相桥式电路SDA-11将输入电流i_dc变换成交流电流，为LC并联谐振电路供电，使之产生谐振。工作原理与图5.36a所示的他励三相电流型逆变器相同，它是负载电压换流型逆变器，不同的是在换流过程中它利用了LC谐振电路中的电容电压。

图8.6 并联谐振型高频逆变器实例图

以下说明其工作方式。输入回路由晶闸管桥式整流电路SDA-9整流，在机械开关S闭合的状态下，直流电流i_dc通过持流电抗器进行流动。

当电流i_dc开始上升时，对晶闸管组+Q_a和-Q_b施加门极触发，同时断开开关S，电流会通过这些SD流向负载的LC并联电路。如图8.7所示，电容电流i_C阶跃上升到i_dc（约100A）值后开始衰减，而电感电流i_L逐渐上升，二者之和保持与i_dc相等。电容电压e_C（滞后电流相位90°）缓慢上升，在i_c穿越零线的瞬间达到峰值。

电容电压e_C为正值时随时可以换流，但是在本例中，在与LC并联的谐振回路的谐振频率相对应的一个周期时刻（对应于i_L达到峰值的时刻），对晶闸管组+Q_b和-Q_a的门极施加触发，使其开通。于是，-e_C瞬间作用到+Q_a和-Q_b上，强迫这些晶闸管关断。与此同时，电容电流i_C=-（i_dc+i_L）阶跃上升。如此循环反复，在SD开通和关断的过程中，LC谐振电路的电压电流振幅增大，且达到饱和值。本例中，i_L的饱和值约为i_dc的4倍。

本例假设为高频逆变器用于感应加热的实例。被加热物体必须具有导电性，如图8.6所示，将其插入到空心的电感L中。根据电感电流产生高频交变磁场，被加热物体由于其内部感应出涡流而被加热。可以将电感和物体看成具有弱磁耦合的变压器的一次绕组和二次绕组（1匝）。物体中的涡流相当于二次负载电流。另外，本例的仿真结果显示，电感具有的绕组电阻值与二次涡流的影响等效；输出功率的调整由调整输入电流i_dc来实现。图8.7b所示为e_dc的波形，稳态工作时其平均值约为273V，与SDA-9的输出平均电压几乎相等。(https://www.daowen.com)

图8.7 高频逆变器的工作波形

本例是基于负载电压换流的逆变器，属于电源切换型功率变换。但是，它利用了LC谐振电路的功能，使输出电荷流动量增大了。利用谐振电路来增加电荷量的方法也被其他形式的谐振型变换器所使用。

这种类型的逆变器涉及的功率较大，有数十kW至数千kW，因此通常将晶闸管作为SD使用。适用的频率范围也在500Hz至数十kHz，高于此频率范围的高频逆变器使用IGBT作为SD。频率越高，SD的开关损失问题越严重，所以在多数情况下将采用软开关技术。这个内容将在9.3.1节中进行介绍。

例8.1

用可控整流器对200V的商用电源进行整流，通过一个电感值足够大的电抗器滤波后，为高频逆变器提供100A的直流电流。逆变器的谐振回路中，L=100μH，C=100μF，含被加热物体的涡流损耗在内的谐振电感的等效串联电阻为0.3Ω，试仿真高频逆变器的工作过程。

解 图8.7所示为仿真结果。开关周期为640μs，与LC回路的谐振周期659μs相近，可以得到近似的最大谐振状态。