数字化逆变电阻焊机研究与设计

摘要

随着人们对电阻焊机焊接控制精度和焊接质量的要求不断提高，以及计算机控制技术和大功率开关器件IGBT等电力电子器件的不断应用及发展，数字化逆变电阻焊机依靠其三相负载平衡、动态响应快、焊接质量高、易于控制、输出效率高等优点，受到国内外的广泛关注。本文对数字化逆变电阻焊机的工作过程、控制方式等进行深入分析，研究并设计出新型数字化逆变电阻焊机样机。
　　首先，本文对数字化逆变电阻焊机工作原理、影响焊接因素进行分析，并对所设计样机主电路的拓扑结构和焊接工作模式进行详细的介绍。通过Matlab中Simulink工具箱建立拓扑结构模型，对数字化逆变电阻焊机的恒电压、恒电流和恒功率三种焊接模式进行仿真分析。
　　其次，对所设计样机主电路工作过程和硬件设计过程、控制电路的信号检测和焊接控制过程进行介绍。数字化逆变电阻焊机完成能量传输过程的主电路，主要包括抗干扰及输入电压保护、三相输入整流滤波、浪涌电流抑制、全桥逆变(H桥)、IGBT缓冲保护、变压器电压电流变换以及次级整流电路等。文章详细分析了主电路中各部分电路的工作原理和工作过程，并通过对各部分功率电路中的电流、电压参数的计算，选择出参数合适的功率器件型号以及选择最佳的IGBT缓冲保护电路。
　　作为数字化逆变电阻焊机的核心，控制电路主要实现对焊机整个工作系统的控制和电流电压信号检测。本文对控制系统各部分电路的功能进行详细介绍，根据其功能模块完成相应的电路设计，包括单片机最小系统及外围电路设计、人机交互界面设计、整流输出电流和焊接电流的检测电路设计、过电流故障保护电路设计、PWM信号互锁电路以及IGBT驱动电路设计等，并根据数字化逆变电阻焊机的恒电压、恒电流和恒功率三种工作模式的分析完成软件实现流程图的设计。
　　最后，本文对所设计样机各部分功能电路分别测试，根据测试结果和输出波形做相应调试。并对测试过程中出现的问题进行分析，做出相关的电路改进和算法的改善，然后对所设计样机组装并进行稳定性和可靠性测试，实验结果基本符合系统设计要求。本文最后对文章内容总结，并在此基础上提出论文的不足之处和改进措施。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 课题的研究现状与今后的发展趋势

1．2．1 课题的研究现状

1．2．2 课题的发展趋势

1．3 本文研究的主要内容

第2章 数字化逆变电阻焊机理论基础

2．1 数字化逆变电阻焊机焊接影响因素分析

2．2 数字化逆变电阻焊机主电路拓扑结构选择

2．2．1 普通逆变式焊机

2．2．2 全桥式数字化逆变电阻焊机主电路拓扑结构

2．3 数字化逆变电阻焊机焊接模式分析

2．4 数字化逆变电阻焊机Matlab／Simulink仿真建模

2．5 本章小结

第3章 数字化逆变电阻焊机主电路结构分析及硬件设计

3．1 输入保护以及电路抗干扰设计

3．1．1 输入电压保护和电路抗干扰设计

3．1．2 浪涌电压抑制电路

3．2 三相整流滤波电路分析设计

3．2．1 三相输入整流电路

3．2．2 滤波电容的选择

3．3 IGBT逆变电路分析设计

3．3．1 全桥逆变电路

3．3．2 IGBT参数的选择

3．3．3 IGBT缓冲保护电路

3．4 数字化逆变电阻焊机变压器分析设计

3．5 次级整流电路分析设计

3．5．1 次级整流电路拓扑结构

3．5．2 次级整流电路二极管的选择

3．6 本章小结

第4章 数字化逆变电阻焊机控制系统设计与实现

4．1 控制系统总体设计

4．1．1 单片机最小系统

4．1．2 人机交互界面设计

4．1．3 整流输出电流检测及保护电路设计

4．1．4 焊接电流电压检测电路设计

4．1．5 PWM驱动互锁电路设计

4．1．6 上位机通信电路设计

4．1．7 控制系统供电设计

4．2 IGBT驱动电路设计

4．3 控制系统抗干扰设计

4．4 控制系统软件实现框图

4．5 本章小结

第5章 数字化逆变电阻焊机样机实验与测试

5．1 控制系统电路功能测试

5．1．1 按键输入与外部显示

5．1．2 整流输出电流检测和保护电路

5．1．3 焊接电流检测

5．2 IGBT驱动电路测试

5．3 数字化逆变电阻焊机样机焊接测试

5．3．1 IGBT逆变电路波形输出

5．3．2 IGBT缓冲保护电路测试

5．3．3 样机焊接测试

5．4 本章小结

6．1 全文工作总结

6．2 论文不足与展望

参考文献

致谢