逆变软开关埋弧焊电源研制

摘要

埋弧焊作为最早获得应用的机械化焊接方法,是焊接生产中应用最广泛的工艺方法之一。由于埋弧焊电源输出功率大,负载持续率高,一般采用双逆变器并联扩展埋弧焊的容量,但突出问题是如何解决动态并联均流。本文提出新型主电路拓扑结构,从原理上避免并联不均流问题。 本文针对逆变埋弧焊电源可靠性差问题,采用FB-ZVZCS全桥逆变器软开关技术和有限双极性控制技术,以UC3846为核心控制器件,实现了峰值电流模式双闭环控制。在电源输出全范围内实现超前臂的零电压开通、关断和滞后臂的零电流开通、关断。 传统的逆变焊机采用电压模式单闭环控制,它响应速度慢,抗偏磁能力弱,不能实时限制功率器件的电流,致使逆变焊接电源的可靠性降低。本文采用峰值电流模式控制,内环控制功率器件每个开关周期的峰值电流,实现功率器件电流限制和自动纠正变压器偏磁,因此大大提高了系统的响应速度；外环控制焊机输出的平均电流。 传统埋弧焊生产中有两种自动调节方法,一是电弧自身调节系统,它采用平硬特性电源配等速送丝系统,通过改变焊丝熔化速度进行调节；二是电弧电压反馈变速送丝调节系统,它采用垂降特性电源配变速送丝系统,利用电弧电压反馈改变送丝速度进行调节。在实际的弧焊电源外特性设计中,还必须综合考虑电弧特性、熔滴渣壁过渡以及焊接规范的稳定要求。本文针对埋弧焊焊接工艺要求,设计恒流带外拖、恒压、斜特性三种输出特性,并进行工艺试验,获得了良好的焊接效果。 本文研制样机一台,输出电流100～1000A,焊接性能良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2课题背景

1.2.1埋弧焊电源概述

1.2.2埋弧焊电源发展现状

1.2.3埋弧焊电源存在的问题

1.3软开关技术的研究与应用

1.3.1硬开关技术的局限性

1.3.2软开关技术

1.3.3 软开关技术在同内发展现状

1.4本课题研究的主要内容

第2章FB-ZVZCS全桥逆变器原理

2.1埋弧焊主电路拓扑结构

2.1.1传统逆变埋弧焊主电路拓扑框图

2.1.2新型主电路拓扑原理分析

2.2 FB-ZVZCS全桥逆变器原理过程分析

2.2.1变换器的组成

2.2.2工作原理分析

2.3实验结果

2.3.1超前臂ZVS开通关断实测波形

2.3.2滞后臂ZCS开通关断实测波形

2.3.3原边电流和VAB波形，滞后臂驱动

2.4本章小结

第3章主电路参数设计及结构优化

3.1整流桥的选择

3.2主变压器的设计计算

3.2.1主电压器磁芯的选择

3.2.2主电压器原副边匝比的计算

3.2.3绕组线径及股数的计算

3.2.3窗口利用率核算

3.2主功率器件IGBT的选择

3.3输出整流二极管及其吸收电路的设计

3.3.1输出整流二极管的计算

3.3.2二极管吸收电路的设计

3.4隔直电容Cb，饱和电感Ls，超前臂并联电容的选择

3.4.1谐振电感和饱和电感的选择

3.4.2隔直电容Cb的计算

3.4.2超前臂并联电容的选择

3.5功率器件热计算

3.5.1 IGBT功率损耗计算

3.5.2散热器的设计

3.6整体结构优化

3.6.1合理结构设计的必要性

3.6.2封闭式风道设计

3.7本章小结

第4章控制电路设计

4.1电压模式控制与电流模式比较

4.1.1电压控制模式原理

4.1.2峰值电流模式控制原理

4.2UC3846芯片介绍及外围电路设计

4.2.1 UC3846的特点

4.2.2 UC3846功能介绍

4.3保护电路设计

4.3.1 IGBT过热保护设计

4.3.2欠压保护设计

4.4驱动电路设计

4.5电源外特性设计

4.5.1恒流带外拖特性设计

4.5.2恒压外特性设计

4.5.3斜特性设计

4.6本章小结

第5章埋弧焊平台搭建及初步试验

5.1温升实验

5.2埋弧焊试验平台搭建

5.3工艺试验

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的专利和论文

致谢