感应加热炉及电源设备工作原理（九）

4.3、SCR元件的保护

串联逆变电路中，SCR元件电流向反向二极管转换过程是很安全的自然换流，但SCR元件触发导通时，负载电流从对角桥臂的反向二极管转换到触发导通的SCR元件时，必须用换流电感L1～L4来限制电流转换时SCR元件的电流上升率。由于di/dt=U/L，故L=U/(di/dt)。鉴于电流转换时元件承受电压为滤波电容电压的1～1.3倍，当SCR元件的电流上升率参数为600 A/us时，应限制电流上升率小于600A/us。若将电流上升率限制为150A，当串联逆变电路的进线电压为660V，直流电压为890V时，则换流电感值为890*1.3/150=7.71uH。

在SCR元件触发导通的同时，对角桥臂的反向二极管关断，将承受反向电压，与其并联的SCR元件承受正向电压，故应在元件两端并联RC电路，减小SCR元件承受的电压上升率。

保护SCR元件的RC吸收装置示于图6电路中，仅与SCR2并联的RC吸收电路画出，由电容器、二极管、充电电阻Rc和放电电阻Rf组成。电容一般1～2uf（电容值增加效果更好，但装置结构会过大），设D2关断后，滤波电容经L2对吸收电容充电，RC限制充电电流，延长充电时间，故SCR2元件承受的电压上升为du/dt=Rc*di/dt。当Rc=2.5Ω，di/dt=150A/us时，du/dt=2.5*150=375V/us，当前SCR元件承受电压上升率的最大值为1000V/us，故上述保护电路是安全的。保护电路的二极管用于隔离交变电压，放电电路用于SCR2重新导通时的电容放电通路。

当进线电压提高时，换流电感参数也应相应增大。

当逆变电路出现故障时，仍然采用整流桥触发脉冲迅速后移的方法关断整流电路。但逆变桥故障短路时，滤波电容Cd通过短路桥臂放电是不可控的，也是危险的，容易造成逆变桥元件损坏，这是串联逆变电路保护性能欠佳的主要原因。

4.4、SCR元件的参数选

式（4）说明，串联逆变电路中中频电流与直流电流的比值是随换流角变化的，但过大的电流比值会减小系统效率。一般合理范围的电流比值为1.2～2。此外，中频电流在SCR元件和反向二极管中交替流通，按电流比1.2～2，换流角范围是25o～56o。选择SCR元件时可按换流角25o条件，选择反向二极管时可按换流角56o条件。在此条件下，SCR元件流过电流有效值为Ias=0.98Ia，反向二极管流过电流有效值为Iad=0.29Ia。由于SCR元件和反向二极管都流过半波电流，且元件电流有效值是额定值的1.57倍，故元件实际通过电流为：

SCR元件： 0.98*2Id/(1.414*1.57)=0.88Id

反向二极管： 0.29*2Id/(1.414*1.57)=0.26Id

留1.5～2倍电流储备系数后：

SCR元件： 1.32～1.76Id

反向二极管： 0.39～0.52Id

由于SCR元件与反向二极管并联，SCR元件在任何情况下都不承受反电压而只在相邻桥臂导通时承受正向电压。且关断桥臂元件与滤波电容并联，故SCR元件承受的最大正向电压即滤波电容电压。

虽然滤波电容电压平均值由整流桥确定，但逆变桥的反向二极管导通期间，负载电路向滤波电容反馈能量过程中，滤波电容电压会上升。滤波电容电压上升的幅值与电容量有关，也与逆变桥的运行功率和换流角大小相关。可按直流平均电压的1.3倍计算，并留1.5～2倍性能储备系数。例如660V进线的串联逆变电路，直流平均电压为890V，则选择元件电压为：

890V*1.3*（1.5～2）=1735～2314V。

5、串联逆变电路的半桥结构

5.1、半桥串联逆变电路结构

半桥串联逆变电路原理图见图8。

半桥串联逆变电路只保留一半桥臂，故称半桥电路。在取消的桥臂位置，接入两只电容，即把全桥电路的串联补偿电容分为两组，在桥臂导通和换流过程中，Cd1和Cd2仍然与SCR元件呈串联关系，故半桥电路与全桥电路的特性完全相同。仅负载电压为全桥电路负载电压的一半。由于半桥电路的较低电压特性，在熔炼炉电源中得广泛应用。

半桥电路中换流电感从电源端移到负载端，是因为结构方便，工作原理与电源端无异。