专利名称：一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率变压器次级谐振技术，通过采用谐振回路补偿技术成功克服了次级谐振的寄生振荡问题。
背景技术：
如图I所示，为现有的大功率变压器回路，包括变压器Tl，变压器Tl的初级绕组通过由串联的电容Cl及电容C2构成的谐振电容组连接输入电压Ui，其次级绕组直线形成输出电压Uo，直接连接负载L2。该电路结构虽然简单，但变压器Tl的容量大，因此损耗非常大，而且体积大，成本高，一般只能采用水冷。而且在变压器Tl的初级绕组两端，以及谐振电容组上具有非常高的谐振电压，安全性较差，而且电容器和变压器的制作工艺比较复杂。综上所述，现有大功率变压器回路存在以下缺点1、由于变压器容量需承载全部的谐振容量，其容量通常为数百千伏安至数兆伏安，只能绕组和磁心均需要水冷，不仅损耗大,而且体积大、结构复杂、成本高。2、谐振电容组也采用水冷，效率低，水量消耗大。3、初级谐振回路存在高电压，不安全。4、存在漏水、堵塞、管路老化等问题，可靠性低，设备寿命短。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低损耗、提高效率、且节约成本的大功率变压器的次级谐振方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，采用至少一个变压器，其特征在于，步骤为每个变压器的初级绕组通过隔直电容连接各自的输入电压，所有变压器仅承载有功功率，当变压器的数量为一个时，变压器的次级绕组通过谐振电容器组连接负载，当变压器的数量为一个以上时，所有变压器的次级绕组先级联，随后，与输出电压的正极及负极相对应的变压器的次级绕组的输出端上分别连接一个谐振电容器组，由两个谐振电容器组的输出端分别作为输出电压的正极及负极与负载连接，其中，隔直电容、变压器及谐振电容器组均采用空冷方式。优选地，当所述谐振电容器组所产生的寄生振荡频率与主谐振频率接近时，在隔直电容上并联RL阻抗补偿回路。优选地，所述RL阻抗补偿回路包括串联的电阻及电感。优选地，所述谐振电容器组中的电容器采用大功率空冷聚丙烯薄膜电容器。优选地，所述谐振电容器组包括串联在所述变压器次级绕组一个输出端上的相并联的第一电容及第二电容，或所述谐振电容器组包括分别串联在所述变压器次级绕组两个输出端上的第三电容及第四电容，或所述谐振电容器组包括第五电容及第六电容，第五电容及第六电容通过交叉并联方式与所述变压器的次级绕组相连。本发明中的变压器仅需承载有功功率，因此变压器的容量可降低Q倍(Q为谐振电容器组的品质因素)，这不仅提高了效率，还降低了成本。本发明中的隔直电容、变压器和谐振电容器组均采用空冷方式，不需要通水冷却。因此，不仅效率高，而且体积小、结构简单、 成本低。进一步，本发明在隔直电容上设计有RL阻抗补偿回路，可成功克服次级谐振的寄生振荡问题，对主控制单元以及相频跟踪单元没有影响。当寄生振荡频率与主谐振频率接近时，这是数字式自动相频跟踪型电路可以采用次级谐振方法的一个关键技术问题。当寄生振荡频率与主谐振频率数值相差很大时，可以不放置RL阻抗补偿回路。综上所示，本发明通过创新电路结构形式，并解决存在的寄生振荡问题，使得感应加热电源的谐振输出回路可以采用全空冷变压器次级谐振方法，能大幅度降低损耗，且设备的可靠性和寿命也大为提高。
图I为传统的变压器初级谐振法电路；图2为实施例I中的变压器次级谐振电容并联式电路图；图3为实施例2中的变压器次级谐振电容串联式电路图；图4为实施例3中的变压器次级谐振交叉并联式电路图；图5为实施例4中的两个谐振回路组合的电路图。
具体实施例方式为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例I结合图2，本发明提供了一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，其步骤为 变压器Tl的初级绕组通过一个隔直电容C3连接输入电压Ui，在其次级绕组的一个输出端上串联由并联的第一电容C4及第二电容C5组成的谐振电容器组，该谐振电容器组的输出端与次级绕组的另一个输出端共同形成输出电压Uo，连接负载L2。由于在本实施例中，谐振电容器组的寄生振荡频率与主谐振频率接近时，因此，在隔直电容C3的两端并联RL阻抗补偿回路。该RL阻抗补偿回路可以克服次级谐振的寄生振荡问题，对主控制单元以及相频跟踪单元没有影响。在本实施例中，该RL阻抗补偿回路由串联的电阻Rl及电感LI组成。在上述回路中，变压器Tl仅需要传输有功功率，而不需要传输视在功率。第一电容C4及第二电容C5采用大功率空冷聚丙烯薄膜电容器，替代传统的水冷式电热电容器。第一电容C4及第二电容C5用降低漏感、降低感应损耗、提高散热能力的方式串联组合，以获得低损耗、高电压和大电流的谐振输出，单个谐振回路的输出电流可达3000A。上述回路的输出是完全电气隔离的，因此安全性高。且容易进行输出阻抗匹配，根据负载L2阻抗的不同，变压器Tl的初级绕组和次级绕组可设计为各种匝数比，因而灵活性强，可适用于各种场合。同时，在大多数场合，变压器Tl为降压应用，由于采用次级谐振方法，无论是输出端，还是变压器Tl的初级端，均没有高压产生。实施例2如图3所示，本实施例与实施例I的区别在于，谐振电容器组由第三电容C6及第四电容C7组成，第三电容C6及第四电容C7分别串联在变压器Tl次级绕组的两个输出端上，由第三电容C6及第四电容C7的输出端共同形成输出电压Uo，连接负载L2。其他结构及工作方式同实施例I。实施例3如图4所示，本实施例与实施例I的区别在于，谐振电容器组由第五电容CS及第六电容C9组成，第五电容CS及第六电容C9以交叉并联的方式与变压器Tl的次级绕组相连。其他结构及工作方式同实施例I。实施例4如图5所示，本实施例所提供的一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，包括两个变压器，即变压器Tl及第一变压器T2，变压器Tl及第一变压器T2的初级绕组分别通过隔直电容C3及第一隔直电容ClO与第一输入电压Uil及第二输入电压Ui2相连。在隔直电容C3及第一隔直电容ClO的两端分别并联RL阻抗补偿回路及第一 RL阻抗补偿回路。其中，RL阻抗补偿回路由串联的电阻Rl及电感LI组成，第一 RL阻抗补偿回路由串联的第一电阻R2及第一电感L3组成。变压器Tl及第一变压器T2的次级绕组的两个输出端级联，在变压器Tl及第一变压器T2的次级绕组的另一个输出端上分别串联第一谐振电容器组及第二谐振电容器组， 第一谐振电容器组及第二谐振电容器组的输出端共同构成了输出电压Uo，连接负载L2。在本实施例中，第一谐振电容器组由并联的第七电容Cll及第八电容C12组成，第二谐振电容器组由并联的第九电容C13及第十电容C14组成。采用上述回路结构后，输出的功率等级可以扩大一倍。
权利要求
1.一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，采用至少一个变压器，其特征在于，步骤为每个变压器的初级绕组通过隔直电容连接各自的输入电压，所有变压器仅承载有功功率，当变压器的数量为一个时，变压器的次级绕组通过谐振电容器组连接负载，当变压器的数量为一个以上时，所有变压器的次级绕组先级联，随后，与输出电压的正极及负极相对应的变压器的次级绕组的输出端上分别连接一个谐振电容器组，由两个谐振电容器组的输出端分别作为输出电压的正极及负极与负载连接，其中，隔直电容、变压器及谐振电容器组均采用空冷方式。
2.如权利要求I所述的一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，其特征在于当所述谐振电容器组所产生的寄生振荡频率与主谐振频率接近时，在隔直电容上并联RL阻抗补偿回路。
3.如权利要求2所述的一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，其特征在于所述RL阻抗补偿回路包括串联的电阻(Rl)及电感(LI)。
4.如权利要求I所述的一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，其特征在于所述谐振电容器组中的电容器采用大功率空冷聚丙烯薄膜电容器。
5.如权利要求I所述的一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，其特征在于所述谐振电容器组包括串联在所述变压器次级绕组一个输出端上的相并联的第一电容(C4) 及第二电容(C5)，或所述谐振电容器组包括分别串联在所述变压器次级绕组两个输出端上的第三电容(C6)及第四电容(C7)，或所述谐振电容器组包括第五电容(CS)及第六电容 (C9)，第五电容(CS)及第六电容(C9)通过交叉并联方式与所述变压器的次级绕组相连。
全文摘要
本发明提供了一种感应加热电源空冷变压器次级谐振方法，采用至少一个变压器，其特征在于，步骤为每个变压器的初级绕组通过隔直电容连接各自的输入电压，所有变压器仅承载有功功率，当变压器的数量为一个时，变压器的次级绕组通过谐振电容器组连接负载，当变压器的数量为一个以上时，由两个谐振电容器组的输出端分别作为输出电压的正极及负极与负载连接，其中，隔直电容、变压器及谐振电容器组均采用空冷方式。本发明通过创新电路结构形式，并解决存在的寄生振荡问题，使得感应加热电源的谐振输出回路可以采用全空冷变压器次级谐振方法，能大幅度降低损耗，且设备的可靠性和寿命也大为提高。
文档编号H02M1/00GK102594096SQ20121010062
公开日2012年7月18日 申请日期2012年4月8日 优先权日2012年4月8日
发明者李南坤 申请人:上海巴玛克电气技术有限公司, 巴玛克电气设备(上海)有限公司