论文摘要
焊接作为21世纪制造业重要的加工技术，在国民经济中重要性逐步加大。常规弧焊逆变电源往往采用不控整流电路作为输入装置，这样会导致电网输入电流波形产生畸变，需采取措施消除谐波并进行功率因数校正，不然会造成电网污染，降低设备的功率因数，从而增加电网的备用容量造成浪费。随着国内外相关谐波标准的实施，解决弧焊电源的谐波污染问题，有助于推进我国焊机事业的发展。高频PWM整流器能够提供低谐波的正弦化输入电流，可调节的功率因数，能够解决传统整流器给电网带来的污染问题。本文选择三相电压型PWM整流器作为焊接逆变电源的输入装置，来解决电流谐波和功率因数问题。分析了三相电压型PWM整流器的工作原理，推导了整流器的低频数学模型。阐述了整流器的静态特性，对整流器的运行范围进行了数学描述。阐明了载波脉宽调制和空间矢量调制的关系，指出在载波脉宽调制基础上注入零序分量就可以等效为空间矢量调制。对两者的工作原理进行了分析，研究了空间矢量调制的工程实现方法。使用Matlab仿真验证了理论分析的正确性。设计了三相电压型PWM整流器的主电路参数，计算了工程化的双闭环控制器的参数，空间矢量调制的电流控制方式使得整流器具有良好的动态特性。为满足弧焊电源负载的特点，采用负载电流前馈的方案，解决负载突变时输出直流侧的电压冲击问题。对一体化的弧焊电源装置仿真验证了所用控制方案的可行性，仿真结果显示能够实现较高功率因数，较低的电流谐波，可以满足相关谐波标准的要求。构建了前级高频整流器实验样机，并结合已有的逆变式弧焊电源装置开展实验研究。研究结果验证了三相电压型整流器的功能，逆变式弧焊电源样机的性能良好，满足相关标准要求。