新型软开关弧焊逆变电源的研制

摘要

该文首先对弧焊逆变器的国内外发展现状、发展趋向及其应用状况作了简要介绍,针对目前弧焊逆变器存在的主功率管开关应力大、整机损耗大、可靠性低以及对电网造成的污染等缺点,提出了用软开关技术来解决这些问题,并对目前软开关电路拓扑研究现状进行了综述,重点介绍了三种移相控制的软开关电路拓扑:零电压(ZVS)、零电流(ZCS)、零电压零电流(ZVZCS),尤其对该文采用的方案——移相控制的零电压零电流全桥变换器(FB ZVZCS PWM)的工作原理、微观变换过程进行了系统的理论分析.该文在该电路拓扑的基础上,设计了该变换器的主电路及其控制系统,主电路采用移相控制ZVZCS全桥拓扑,包括主变压器设计、输入输出整流滤波器设计、全桥谐振变换器的设计;控制系统采用了电流闭环PI调节系统,建立了相应的传递函数,设计了移相控制芯片UC3875外围电路、主功率器件IGBT的驱动电路、控制板电源优化电路、焊接过程程序控制电路以及各种保护电路.在各种电路的设计中充分考虑了可靠性,在实现所需功能的同时尽量使电路简洁.在此基础上,研制出了型号为ZX<,7>-200ST IGBT软开关弧焊逆变器样机一台,对其进行了充分的安装调试,并用数字示波器对其进行现场检测,控制电路各部分波形正常,四路输出驱动波形稳定,全桥变换器中超前桥臂和滞后桥臂的IGBT分别工作在零电压、零电流状态下,真正实现了弧焊逆变器的双零软开关.该逆变器具有高效节能、重要轻、体积小、噪音小等特点.试验结果表明,该弧焊逆变器具有良好的静态特性和动态特性,恒流稳定,是一种发展前景广阔的新型电源.

目录

文摘

英文文摘

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引 言

1绪论

1.1弧焊逆变技术及其研究进展

1.1.1弧焊逆变技术概述

1.1.2弧焊逆变技术的研究进展

1.2软开关技术概述

1.3本课题的研究目的及内容

2软开关弧焊逆变器电路拓扑及其工作原理

2.1软开关弧焊逆变器电路拓扑概述

2.2移相控制软开关逆变器

2.2.1移相控制ZVS PWM全桥逆变器

2.2.2移相控制ZCS PWM全桥逆变器

2.2.3移相控制ZVZCS PWM全桥逆变器

2.3移相控制ZVZCS PWM全桥逆变器工作原理

2.3.1变换器微观变换过程及其理论分析

2.3.2电路特性和参数的几点讨论

3移相控制ZVZCS PWM全桥逆变器主电路参数设计

3.1主变压器的设计

3.1.1铁芯选择及原、副边绕组计算

3.1.2导线线径及股数的计算

3.1.3校核窗口面积

3.2输出滤波电感的设计

3.2.1输出滤波电感的工作情况

3.2.2输出滤波电感的计算

3.3输入滤波电容容量的计算

3.3.1选取原则

3.3.2 Cin容量计算

3.4输出滤波电容容量的计算

3.5输出整流二极管的容量计算

3.6主功率管IGBT的容量计算

3.7隔直电容、谐振电容和谐振电感的计算

4移相控制ZVZCS PWM逆变器控制电路设计

4.1移相控制芯片UC3875介绍及外围电路设计

4.1.1 UC3875芯片内部结构、主要功能及工作原理

4.1.2 UC3875外围电路设计

4.2移相控制PWM全桥变换器控制系统的设计

4.2.1控制系统的结构

4.2.2控制系统的分析和设计

4.3 IGBT驱动电路设计

4.3.1对驱动电路的要求

4.3.2 IGBT驱动电路设计

4.3.3驱动电路简要工作过程

4.4保护电路设计

4.4.1过流保护电路设计

4.4.2过热保护电路设计

4.4.3欠压保护电路设计

4.5焊接程序控制电路设计

4.6控制电源板的优化设计

5整机安装调试及试验结果分析

5.1调试平台制作及线路板(PCB板)调试

5.1.1调试平台设计及制作

5.1.2控制线路板的调试

5.2整机安装调试

5.2.1空载电压的测定

5.2.2软开关的实验结果及其讨论

结 论

参考文献

读研期间发表的论文

致 谢