软开关逆变电源主电路和基于小波变换短路信号检测系统研制

摘要

本文以实现数字化的波控逆变CO2焊机为目标，构建了软开关逆变电源主电路和基于小波变换的CO2焊短路信号检测系统。 文章针对基于IGBT的软开关全桥逆变电源实现20kHz开关频率的技术要求，建立了软开关逆变电源的主电路。首先根据软开关逆变电源实现移动臂中功率开关元件零电压开通和固定臂中功率开关元件零电流关断的工作机理建立了主电路中各元件参数之间的约束方程，为验证主电路中各元件参数设计的正确性建立其理论基础。其次根据全桥逆变电源主电路的拓扑结构建立了逆变电源的MATLAB仿真模型，同时根据计算出的功率开关元件IGBT及其并联电容、隔直电容、串联谐振电感、中频变压器等元件参数值设置了MATLAB仿真模型中的元件值，通过仿真分析验证了软开关逆变电源主电路拓扑结构的合理性，以及各元件参数设计的正确性。最后构建逆变电源主电路，实验验证该电路能在一定的负载范围内实现软开关，具有减小开关损耗和开关应力的功能，为进一步提高逆变电源的开关频率打下基础。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1 CO2气体保护焊的发展现状

1.2 CO2气体保护焊熔滴过渡形式及飞溅产生的机理

1.3减小CO2气体保护焊飞溅的措施

1.4本课题的研究意义及设计目标

第二章软开关逆变电源系统整体设计

2.1逆变电源系统整体设计简介

2.2逆变电源主电路设计

2.2.1主电路的设计简介

2.2.2全桥零电压零电流逆变电源主电路拓扑结构

2.3控制系统DSP外围电路的设计

2.3.1电压信号反馈与隔离电路的设计

2.3.2电流信号反馈与隔离电路的设计

2.4驱动电路与保护电路的设计

2.5控制系统软件结构及初始化程序

2.6控制系统模块化软件的设计

2.6.1基于DSP的A/D转换模块设计

2.6.2数字PID控制算法设计

2.6.3软开关PWM控制DSP的软件实现

2.6.4基于小波变换的DSP短路、缩颈信号检测

2.7本章小结

第三章软开关逆变电源主电路研制

3.1全桥零电压零电流软开关逆变电源工作原理分析

3.1.1逆变电源主电路及其等效电路图

3.1.2零电压零电流软开关逆变电源的驱动波形

3.1.3软开关逆变电源工作机理定性分析

3.1.4软开关逆变电源特性分析

3.2软开关逆变电源主电路参数的约束方程

3.3软开关逆变电源主电路主要元件的参数设计

3.3.1中频变压器的设计

3.3.2功率开关元件IGBT的选择

3.3.3隔直电容的设计

3.3.4可饱和电感的设计

3.3.5功率开关元件并联电容和结电容的等效电容C1、C2和C3、C4的设计

3.3.6输出电路设计的设计

3.4逆变电源主电路参数仿真辅助设计

3.5逆变电源主电路仿真分析与实验分析

3.5.1仿真分析

3.5.2实验分析

3.6本章小结

第四章基于小波变换的CO2焊短路信号检测系统的研制

4.1基于傅立叶变换的电弧电压信号DSP频谱分析

4.1.1快速傅立叶变换(FFT)

4.1.2快速傅立叶变换的DSP实现

4.2小波变换检测短路信号的理论分析与程序设计

4.2.1小波变换简介

4.2.2连续和离散小波变换理论

4.2.3信号的局部奇异性检测及其与小波变换模极大值的关系

4.2.4区分白噪声信号和真、假短路信号的机理分析

4.2.5数字滤波器组Matlab辅助设计

4.2.6基于小波变换短路信号DSP检测系统的程序设计

4.3短路信号检测系统的仿真与实验

4.3.1基于DSP的A/D和D/A子程序的调试实验

4.3.2信号源的频谱分析

4.3.3最优数字滤波器组Matlab仿真辅助设计

4.3.4基于小波变换的CO2焊短路信号DSP检测系统的实验

4.4本章小结

第五章结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢