逆变直流弧焊电源及其控制技术研究

摘要

随着科技的发展，焊接技术在现代工业中的应用越来越广泛。弧焊电源作为电焊机的核心，其性能直接影响到电焊机的焊接质量。数字化逆变直流弧焊电源因其具有焊接性能好、动态响应快、体积小、重量轻、效率高、有利于实现焊接过程智能控制等诸多优点，已经成为焊接电源的主要发展方向。 本文研究了基于DSP控制的数字化半桥逆变直流弧焊电源。首先，设计了电源主电路，该电路由三相工频输入整流滤波电路、两组金属化聚丙烯膜电容和IGBT及非晶态磁材变压器组成的半桥逆变电路、高频整流滤波输出电路等组成。其次，设计了以DSP为核心的控制系统硬件电路及相应软件，硬件电路由以TMS320LF2407A为核心的一系列外围电路组成，分别是输出电压、电流采样电路，过压、欠压、过流及过热保护电路，PWM互锁电路，IGBT驱动电路，焊接参数输入电路，焊接电流、电压显示电路及故障显示电路。控制系统软件程序分别由PWM产生程序、AD转换程序、数字PID调节程序等组成。 最后，在所研究的样机上进行了一系列静态和动态实验。实验表明所研究的数字化逆变直流弧焊电源性能基本符合设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的背景和意义

1.2国内外研究状况与发展方向

1.2.1国外近年来的发展情况

1.2.2国内近年来的发展情况

1.3本文的主要研究内容和方案

1.4课题的难点和创新点

第二章逆变弧焊电源主电路的设计

2.1逆变弧焊电源的设计参数

2.2逆变弧焊电源主电路结构及原理

2.3输入整流滤波电路设计

2.3.1输入三相整流模块的选择

2.3.2输入滤波电容的计算

2.4半桥逆变电路的设计

2.4.1开关管的选择

2.4.2分压电容的设计

2.4.3主变压器的设计

2.5输出整流滤波电路设计

2.5.1输出整流二极管的选择

2.5.2输出滤波电感设计

第三章逆变弧焊电源控制系统设计

3.1主控制电路的设计

3.1.1控制芯片的选择

3.1.2 TMS320LF2407A的性能与特点

3.1.3 DSP最小系统设计

3.2 DSP控制系统外围电路设计

3.2.1输出电压采样电路

3.2.2输出电流采样电路

3.2.3 PWM互锁电路

3.2.4 IGBT驱动电路

3.2.5 EEPROM电路设计

3.3保护电路设计

3.3.1过流保护电路

3.3.2欠压与过压保护电路

3.3.3过热保护电路设计

3.4控制面板设计

3.4.1焊接参数输入电路

3.4.2输入信号转换电路

3.4.3输出显示电路

第四章控制系统软件设计

4.1程序主要功能与流程图

4.1.1程序的主要功能

4.1.2程序流程图

4.2 PWM波产生程序

4.3AD转换程序设计

4.4 PID控制算法程序设计

4.1.1 PID控制原理

4.1.2数字增量式PID控制算法

4.1.3数字PID控制程序

第五章实验分析

5.1用大功率负载箱作焊机负载实验

5.1.1空载实验

5.1.2输出电压12V/输出电流150A实验

5.1.3输出电压24V/输出电流1OOA实验

5.2现场焊接实验

5.2.1输出电流1OOA实验

5.2.2输出电流1OOA/外拖电流50A实验

结论

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢