基于触摸屏控制的中频逆变式焊接电源系统研究

摘要

电阻逆变焊接技术在工业生产中占有重要的地位。近年来，随着电力电子新技术和现代控制理论的不断发展，以及新材料的竞相涌现，逆变式焊接电源逐渐向着数字化、多功能化和高精度化方向发展。针对国内逆变式焊接电源焊接参数设置繁琐，控制精度不高，智能化程度低以及主电路中均压电阻发热量大、寿命短等问题，本文提出了一种“基于触摸屏控制的中频逆变式焊接电源系统”。该系统是以工业触摸屏作为上位机，中频逆变式焊接电源作为下位机，通过一个触摸屏可以群控多台焊接电源设备。在中频逆变式焊接电源设计中，采用DSP和MCU组成的双控制芯片来设计数字化控制电路，充分地发挥了DSP强大的数据快速处理能力以及单片机控制能力强的优势。
　　在中频逆变式焊接电源主电路中，首先介绍了IGBT两端尖峰电压脉冲产生的机理，并探寻降低尖峰电压的措施，包括主电路采用叠层母排结构以及在电路中添加缓冲回路。然后，在MATLAB环境下搭建逆变电路模型，并且对论文给出的措施进行实验仿真。在控制电路中，介绍了由DSP和MCU组成的控制系统硬件电路。首先设计了一款多路输出的反激稳压开关电源，然后设计了A/D采样电路、过压保护电路、电容端电压检测控制电路、缺相保护电路、三相半控整流桥触发电路以及IGBT驱动电路等功能电路。在焊接电源的软件控制策略上，采用了模块化程序设计思路，重点设计了A/D采样子程序、PWM控制子程序以及恒流控制算法。最后，基于触摸屏上位机的开发，给出了触摸屏软件界面的编写过程。
　　通过实验测试得出，设计的基于触摸屏控制的中频逆变式焊接电源系统较好地解决了一些技术问题。主电路采用叠层母排结构并且添加放电阻止型RCD缓冲回路，有效地降低了IGBT两端的尖峰电压。电容端电压检测控制电路的引入，避免了均压电阻一直处于耗流状态，既节能，又增强了电源系统的热稳定性。在恒流控制算法中，创新地采用了带死区的积分分离式数字PID控制算法，显著提高了焊接过程中的实时控制能力。触摸屏作为上位机群控多台焊接电源，彻底解决了焊接电源繁琐的参数设置过程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 逆变式焊接电源国内外发展现状

1．3 课题研究目的与意义

1．4 论文主要内容及结构

1．5 本章小结

2 中频逆变式焊接电源主电路

2．1 主电路硬件结构

2．2 功率开关器件IGBT

2．2．1 IGBT工作原理

2．2．2 基本参数

2．2．3 逆变电路IGBT选型

2．3 抑制尖峰电压措施

2．3．1 降低主电路杂散电感

2．3．2 添加IGBT缓冲回路

2．3．3 缓冲回路仿真分析

2．4 本章小结

3 中频逆变式焊接电源控制电路

3．1 控制电路系统框图

3．2 反激稳压开关电源

3．2．1 AC／DC变换电路

3．2．2 高频变压器设计

3．2．3 反馈控制网络

3．3 DSP最小系统

3．3．1 DSP芯片TMS320F28335

3．3．2 DSP最小系统电路

3．4 A／D采样电路

3．4．1 电压采样电路

3．4．2 电流采样电路

3．5 过压欠压保护电路

3．6 电容端电压检测控制电路

3．7 缺相保护电路

3．8 脚踏开关电路

3．9 气阀电路

3．10 三相半控整流桥触发电路

3．11 IGBT驱动电路

3．12 人机接口模块

3．12．1 液晶显示电路

3．12．2 数字旋转编码开关电路

3．13 硬件抗干扰设计

3．14 本章小结

4 逆变式焊接电源软件控制策略

4．1 软件控制策略

4．2 主程序焊接过程

4．3 A／D采样子程序

4．4 PWM控制子程序

4．5 恒流控制算法

4．6 软件抗干扰设计

4．7 本章小结

5 触摸屏人机交换系统

5．1 触摸屏介绍

5．1．1 触摸屏工作原理

5．1．2 触摸屏特点

5．2 触摸屏界面编辑

5．2．1 触摸屏界面编写

5．2．2 触摸屏程序编写

5．3 触摸屏与焊接电源通讯连接图

5．4 触摸屏与焊接电源通讯过程

5．4．1 通讯协议

5．4．2 通讯过程

5．5 本章小结

6 样机测试与结果分析

6．1 搭建实验平台

6．2 测试

6．2．1 反激稳压开关电源测试

6．2．2 尖峰电压测试

6．2．3 整机系统测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

附录

致谢

作者简介及研究成果