中頻電源的零壓?jiǎn)?dòng)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

中頻電源的啟動(dòng)性能是最重要的性能指標(biāo)，它的好壞直接影響設(shè)備的品質(zhì)和使用性能。因此，啟動(dòng)問(wèn)題一直是業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，人們采用各種方法改善啟動(dòng)性能，如：充電啟動(dòng)法、并聯(lián)啟動(dòng)法、他激轉(zhuǎn)自激法、預(yù)充磁啟動(dòng)法等，這些方法在一定程度上改善了啟動(dòng)性能，但這些傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式還是存在線路復(fù)雜、成本較高、故障率高等缺點(diǎn)。為降低設(shè)備成本、優(yōu)化和簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，在工程實(shí)踐中摸索出了一種全新的啟動(dòng)方式——零壓?jiǎn)?dòng)。本文對(duì)其結(jié)構(gòu)原理加以闡述。

1 零壓?jiǎn)?dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 零壓?jiǎn)?dòng)裝置的結(jié)構(gòu)

零壓?jiǎn)?dòng)是一種全新的啟動(dòng)方式，它沒(méi)有額外增加任何輔助裝置，線路簡(jiǎn)潔，成本低，經(jīng)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，其啟動(dòng)性能非常優(yōu)越。

圖1為逆變主電路的原理圖，L0是啟動(dòng)磁環(huán)，TA是電流互感器，TV是電壓互感器，分別為反饋電路提供檢測(cè)電流和檢測(cè)電壓信號(hào)。

圖2為反饋電路的原理圖，T是隔離變壓器，RP是逆變角調(diào)整電位器，VDl～VD4是反并聯(lián)二極管。

1.2 零壓?jiǎn)?dòng)的工作原理

零壓?jiǎn)?dòng)是利用干擾信號(hào)使負(fù)載LC起振，產(chǎn)生自激振蕩，反饋電路捕捉自激信號(hào)，控制電路則對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大整形，輸出與負(fù)載振蕩頻率同步、相位相差180°的控制脈沖，控制逆變橋晶閘管。具體過(guò)程是：電路通電時(shí)，各種干擾信號(hào)通過(guò)RC吸收電路以及分布電容耦合至負(fù)載電路，撞擊負(fù)載LC使之產(chǎn)生自由振蕩，電流互感器TA、電壓互感器TV將振蕩電流和電壓信號(hào)傳遞至反饋電路，兩信號(hào)在反饋電路中疊加合成，之后送入逆變控制電路，控制電路產(chǎn)生信號(hào)脈沖控制逆變晶閘管。

零壓?jiǎn)?dòng)的技術(shù)關(guān)鍵是如何捕捉微弱的自激信號(hào)。為此反饋電路采用了高變比(1：500)的電流互感器TA，并在電流反饋回路中串聯(lián)四只反并聯(lián)二極管VDl～VD4，當(dāng)信號(hào)微弱時(shí)，二極管工作在非線性區(qū)域，從而可以獲得較高的輸出阻抗與隔離變壓器T匹配。在電源正常工作時(shí)，VDl～VD4又呈現(xiàn)較小的正向電阻，與反饋信號(hào)較強(qiáng)相均衡。T為高輸入/輸出電阻隔離變壓器，逆變觸發(fā)電路的輸入級(jí)為高輸入內(nèi)阻、高靈敏度的集成放大電路。采取該技術(shù)措施后即便自激信號(hào)再微弱也能將其捕獲進(jìn)行處理，形成逆變橋晶閘管所需的有效觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了用自激信號(hào)直接啟動(dòng)電源的目的。

由于諧振回路等效電阻較小和補(bǔ)充能量的不足，在負(fù)載諧振電路產(chǎn)生有效自激信號(hào)的時(shí)間很短，加之對(duì)自激信號(hào)進(jìn)行處理的電路有延時(shí)陛，因而在啟動(dòng)瞬間不易捕捉到自激信號(hào)，容易造成逆變失敗。為此，在負(fù)載諧振回路設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)磁環(huán)L0，如圖l所示。其原理是：在負(fù)載回路振蕩期間，L0兩端必產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，該自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙原來(lái)電流變化的。即在相同的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)減少了自激信號(hào)的衰減速度，使產(chǎn)生自激信號(hào)的周期數(shù)增加，為捕捉自激信號(hào)贏得了時(shí)間，提高了啟動(dòng)的可靠性。另外，由于L0是磁環(huán)，只有在電流很小時(shí)才起作用，電源啟動(dòng)后很快會(huì)磁飽和，不會(huì)對(duì)電源正常工作產(chǎn)生影響。

關(guān)于零壓?jiǎn)?dòng)的原理業(yè)內(nèi)有很多爭(zhēng)論，也有很多提法，一直沒(méi)有明確的說(shuō)法和定論，本文認(rèn)為零壓?jiǎn)?dòng)的關(guān)鍵誘因就是干擾信號(hào)，啟動(dòng)時(shí)干擾信號(hào)越強(qiáng)越容易啟動(dòng)。電抗器LD有濾波作用，若將其短路則有助于啟動(dòng)，而在其后直流電壓端(圖1中VT1至VT4間)并聯(lián)一電容將干擾信號(hào)濾除則很難啟動(dòng);若將逆變橋斜臂(VT1、VT3或VT2、VT4)短路，干擾波能順利越過(guò)逆變橋，很容易使電源啟動(dòng)，特別是對(duì)并聯(lián)機(jī)非常有效，并聯(lián)機(jī)常常以此作為輔助啟動(dòng)的手段。

2 性能比較

與其它啟動(dòng)方式相比，零壓?jiǎn)?dòng)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

首先是啟動(dòng)平穩(wěn)，零壓?jiǎn)?dòng)是從零電壓開(kāi)始逐漸啟動(dòng)的，啟動(dòng)過(guò)程沒(méi)有任何沖擊，特別是重載啟動(dòng)優(yōu)勢(shì)更為明顯;其次，線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基本沒(méi)有增加額外的輔助裝置，不像其他方式都有一套專(zhuān)門(mén)的啟動(dòng)裝置;再次，元器件少、故障率低、成本低，容易檢修。

3 結(jié)論

零壓?jiǎn)?dòng)是在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐中摸索出來(lái)的一種啟動(dòng)方式，它大大簡(jiǎn)化和優(yōu)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，一經(jīng)出現(xiàn)便被各個(gè)廠家廣泛采用。但它卻一直沒(méi)有扎實(shí)可靠的理論依據(jù)，關(guān)于它的啟動(dòng)機(jī)理也鮮見(jiàn)書(shū)刊文字，業(yè)內(nèi)更是說(shuō)法不一，沒(méi)有統(tǒng)一定論。本文對(duì)其原理做了初步探討。