逆变式晶体管弧焊电源的设计与研究

摘要

微机控制的逆变晶体管弧焊电源，在提高弧焊电源的性能和焊接质量，以及推进弧焊机器人的应用，都具有明显的价值，为此展开研究工作。本课题在分析弧焊工艺及焊接电弧特性的基础上，给出了焊接工艺对弧焊电源设计的基本要求；进而确定了由MCS-51单片机为控制核心，采用大功率晶体管模块构建半桥功率变换电路，实现恒流和陡降焊接特性的总体方案。
　　首先在控制系统保护结构设计过程中，采用了冗余设计思想，即软、硬件结合的方法，通过采用CW3524构建了脉宽调制输出线路，避免了因系统受到干扰而软件程序飞出或死循环使半桥功率转换电路的两个大功率晶体管直通，导致逆变颠覆现象，确保了功率变换电路下的可靠工作。
　　其次为了提高系统的可维护性和可靠性，控制系统中还设计了自检测功能，即利用系统硬件冗余，编制了自检软件，实现了开机自动检测片内和片外数据存储器、A/D转换线路、D/A转换线路及脉宽输出线路的检测。
　　然后在软件设计过程中，采用了模块化设计方法，设计了电流、电压采样子程序、滤波子程序、控制算法子程序、脉宽调制输出子程序、自检子程序和显示子程序，为系统软件调试和升级提供了方便。
　　最后在控制算法设计中，采用了实用经典的PID算法，运用扩充响应曲线法与试凑法整定了PID参数，实验结果表明，在恒流焊接特性下，系统能够实现焊接电流在0-160A范围内连续可调，误差仅为±0.1A，逆变频率高达20Khz，可为社会提供一种小型化便携式的弧焊设备。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 关于弧焊电源的基本要求和原理

1.1.1 焊接电弧的电特性

1.1.2 关于弧焊电源的几点基本要求

1.2 弧焊电源的分类与特点

1.3 弧焊逆变电源的国内外发展现状

1.3.1 弧焊逆变电源发展历程回顾

1.3.2 弧焊逆变电源发展方向

1.3.3 弧焊逆变电源的展望

第二章 方案论证及整体设计

2.1 研究内容

2.2 方案论证

第三章 硬件设计

3.1 单片机系统

3.1.1 MCS—51单片机的硬件结构

3.1.2 A/D转换器与8031接口

3.1.3 DAC0832芯片介绍

3.1.4 数据存储器的扩展

3.2 开关电源控制模块CW3524的结构和工作原理

3.3 保护电路及抗干扰措施

3.4 逆变晶体管电源的自诊断功能

3.4.1 概述

3.4.2 控制系统的硬件自检

3.4.3 EPROM的自检功能

3.4.4 模数转换的自检

3.4.5 数模转换线路的自检

3.4.6 CW3524的自检

3.4.7 主电路的自检功能

第四章 控制算法及软件设计

4.1 PID控制算法

4.1.1 PID算式的离散化

4.1.2 PID控制算法的实现

4.1.3 PID参数整定

4.2 系统软件设计

4.2.1 主程序的设计

4.2.2 中断服务程序

4.2.3 键盘及显示程序

4.2.4 采样程序

4.3 试验结果分析

第五章 结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文