基于DSP的软开关逆变焊接电源的研究

论文摘要

当今社会科学技术飞速发展，很多用电设备对逆变焊接电源的质量提出了越来越高的要求。传统的电源控制电路，采用模拟电路实现，模拟电路存在很多的缺点，比如信号不宜传输，易受干扰等。而数字控制技术在很多方面都优于模拟电路，比如高频率、低功耗、便于开发、好维护等优点。随着电力电子控制向着低功耗、高频率的方向发展，数字控制更显示了其优越性。DSP控制芯片以其集成度高、通用性强、速度快等优势，在众多控制芯片中脱颖而出，成为电力电子控制领域的热点。本文应用TMS320F2812芯片对逆变焊接电源进行控制，初步实现了逆变焊机的数字化。针对硬开关控制方式功率损耗大的缺点，而传统移相软开关受负载范围影响很大，不易实现宽负载范围的软开关，在不增加系统复杂性的前提下，本文提出了有限双极性的控制方式，解决了传统移相焊机死区不好调整、变压器利用率低、系统损耗高等缺陷。本文对有限双极性控制原理、拓扑结构的选择、工作模态进行了深入的研究和分析，并对其拓扑主电路进行了MATLAB仿真验证，最后设计出有限双极性的电路拓扑。接着以此有限双极性主电路为基础，设计了基于DSP的控制电路硬件和软件部分。对焊接电源样机进行了脱机和联机实验。脱机状态时测量了驱动波形，验证了驱动、保护等控制电路的正确性。在联机试验中，通过实际的焊接钢板实验，其焊接效果达到了预期的性能指标要求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 逆变焊接电源的发展历史
• 1.3 软开关技术
• 1.3.1 硬开关存在的问题
• 1.3.2 软开关技术的实现策略
• 1.4 焊接电源的数字化
• 1.4.1 数字化焊接电源的概念
• 1.4.2 数字化焊接电源的意义
• 1.4.3 数字化焊接电源设计的总体方案概述
• 1.5 本课题的研究内容
• 2 逆变焊机主电路设计
• 2.1 软开关焊接电源主电路拓扑结构的选择
• 2.2 工作状态分析
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 模态分析
• 2.3 主电路主要参数的设计与选定
• 2.3.1 整流桥的选择
• 2.3.2 滤波器的选择
• 2.3.3 主变压器的设计与计算
• 2.3.4 IGBT 的选择
• 2.3.5 输出整流二极管的选择
• 2.3.6 饱和电感 Ls 及隔直电容 Cb 的选择
• 2.3.7 输出滤波电抗器的选择
• 2.4 仿真研究
• 2.4.1 MATLAB 及 simulink 的简介
• 2.4.2 Simulink 中的电源仿真系统概述
• 2.4.3 主电路系统仿真模型
• 2.5 本章小结
• 3 控制系统硬件设计
• 3.1 数字信号处理芯片 TMS320F2812 介绍
• 3.2 基于 TMS320F2812 的控制系统的硬件设计
• 3.2.1 直流电源电路
• 3.2.2 电压电流检测电路
• 3.2.3 驱动电路
• 3.2.4 保护电路
• 3.3 数字控制系统的抗干扰设计
• 3.3.1 硬件抗干扰
• 3.3.2 软件抗干扰
• 3.4 本章小结
• 4 控制系统软件设计
• 4.1 基于 DSP 的数字控制系统的软件设计
• 4.1.1 开发工具
• 4.1.2 CCS 软件简介
• 4.2 主程序设计
• 4.3 A/D 子程序设计
• 4.4 PI 控制算法设计
• 4.5 PWM 子程序设计
• 4.6 本章小结
• 5 弧焊电源的实验分析
• 5.1 实验仪器设备
• 5.2 脱机实验
• 5.3 联机实验
• 5.4 实验中遇到的问题及解决方法
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集