基于PWM的电子束焊机高压电源的研究

摘要

电子束焊机因其独特的焊接优势,受到人们越来越多的关注,从原来对军工产品的焊接逐步发展到了民用产品的使用中。但是国内电子束焊机发展较晚,技术相对落后,焊机中的高压电源大多数是进口。国内普遍采用的是发电机调压方式,但是它的噪音很大,频率为400Hz,这就使得高压电源的滤波电容值很大,响应速度相对较慢。为了降低成本,减小滤波电容值,提高它的响应速度,本文利用脉宽调制原理(PWM)设计了多脉宽调制方式供电的高压电源。
　　论文首先介绍了国内外电子束焊机高压电源的发展现状,并分析了各高压电源的结构及优缺点,根据PWM原理设计了高压电源的控制电路。并对主电路进行了分析计算,根据计算选用德国欧派克公司的BSM100GB120DN2K型号的IGBT模块。控制电路中选用了富士公司生产的EXB841驱动模块,由于采用了多脉宽逆变的供电方式,使得高压纹波较工频和中频机组供电方式大为减小,使得焊缝较为平滑。利用高速运算放大器设计了PI调节器,并利用PLC和HMI组成了数字控制部分,编写了PLC程序,使其具有控制及保护等功能,保证了电源的正常运行及其在故障发生时的可靠关断。
　　通过仿真分析发现,使用多脉宽调制方式供电,提高了高压整流波的脉动频率,降低了其脉动幅值,有效地减少了滤波电容值,提高了系统的可靠性。最后在电子束焊机上进行了相关试验,试验中主要观察了高压逆变器的输出波形和高压采样波形,并对波形进行了分析,结果表明本课题设计可行。

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第一章 概述

§1.1国内外电子束焊机的现状

§1.2高压电源的分析

§1.3论文的选题意义及主要研究工作

第二章 PWM高压电源主电路的设计

§2.1 三相不控整流电路的设计

§2.2 PWM逆变主电路的设计

§2.3 逆变变压器的设计

§2.4 变压器偏磁电路的设计

§2.5本章小结

第三章 PWM系统控制及保护电路的设计

§3.1控制方式的选择

§3.2脉冲分配电路

§3.3 具体电路的设计

§3.4本章小结

第四章 PLC软件设计

§4.1 CS系列PLC系统概述

§4.2 PLC的基本结构与配置

§4.3PLC的程序设计方法

§4.4 PLC软件程序的设计

§4.5 本章小结

第五章 仿真及实验

§5.1 仿真软件介绍

§5.2 电源仿真

§5.3高压电源实验

§5.4本章小结

第六章 结论与展望

§6.1结论

§6.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果

附录