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多种调功方式的分析比较

  根据逆变器的功率调节方式的不同，可以将串联逆变器的功率调节方法分为两种：

  (1) 直流调功：这种方法是通过调节输入的直流电压的幅值来调节输出功率。直流侧调功即在逆变器的直流电源侧通过对逆变环节输入电压值的调节实现对逆变器输出功率的调节。通常有两类直流侧调功方式：相控整流调功和直流斩波调功。

  ①相控整流调功方式：由六只晶闸管组成三相全控桥整流电路如图3.1所示。

  三相全控桥整流方式是通过控制构成全控整流桥的六只晶闸管的通断来调节直流部分的电压，通过调节该输出直流电压来调节感应加热电源输出的功率。

  优点：直流调功的功率调节得范围比较大，而且有比较高的线性度。

  缺点：对晶闸管移相角的调节会直接影响到网侧功率因数，尤其在移相角比较大的情况下，电源的进线端输入电流波形质量很差，因此网侧功率因数很低，对电网会形成很大的污染。三相全控整流调压电路的电磁干扰非常大，对周围其它电气设备以及自身的控制电路将产生很大干扰。此外，相控整流在换流过程中还会使电网电压变得不稳定，由于晶闸管整流换相时存在着固有延时，因此采用闭环系统调节时其响应的速度受到制约。

  ②直流斩波调功方式：整流由六个二极管实现不控整流，直流部分增加一个斩控电路，其原理图如图3.2所示。

  在斩控电路中通过调节开关器件的占空比改变供给逆变部分的直流电压，从而改变系统的输出功率，逆变器通过锁相电路使负载工作在谐振或准谐振状态。

优点：直流斩波调功采用不控整流，网侧功率因数比较高。负载部分通过锁相电路来跟随负载的固有频率使得逆变器工作在谐振或准谐振状态，这样逆变部分的开关损耗就可以降到很低。工作时负载功率因数角接近于零，对于在加热过程中参数变化不大的工件来说通过检测负载上的电压或电流就能够实现较为精确的功率调节，这在某些特殊要求的场合是很有优势的。

缺点：设备复杂，控制环节增多，使整个控制系统结构复杂。由于斩控电路的加入，会影响到整机的效率和安全性。斩波器功率器件要工作在大电流开关状态，对器件的要求高，损耗也大。

  (2) 逆变调功方式：这种方法可以通过调节输出电压的频率来调节负载功率因数，也可以通过调节输出电压的有效值的大小(调节占空比)来实现功率调节，原理图如图3.3所示。

  逆变侧调功即在逆变器侧通过对逆变环节功率器件开通关断的控制改变逆变器输出电压的参数从而实现对逆变器输出功率的调节。常见的逆变调功方法主要有脉冲频率调制法(PFM)、移相 PWM 调制法、脉冲密度调制法(PDM)、正弦脉宽调制法（SPWM），下面分别进行介绍。采用逆变侧调功方案，就可以在直流侧采用不可控整流，简化整流器控制电路，提高系统整体网侧功率因数，同时逆变侧功率调节的响应速度比采用直流侧调节要快。由图 3.3 可知，采用三相桥式不控整流电路，直流侧仅采用一个电容滤波，逆变调功方案的主电路与直流调功方案的主电路相比要简单，但是它增加了逆变环节控制的难度，尤其是增加了负载频率跟踪控制的难度。