基于数字控制的电火花加工脉冲电源的研究

论文摘要

电火花加工(EDM)已经发展成一种极其重要的加工手段,在工业界发挥着不可替代的作用。EDM电源作为电火花加工系统中重要组成部分之一,其性能对电火花加工的各项工艺指标有较大的影响。随着数字控制技术的迅猛发展,数字信号控制器性能不断提高,已大量应用于电力电子变换技术之中,为EDM电源的数字化控制提供了可能。本文针对EDM电源的技术要求,设计了基于LCC谐振变换器的数字控制式EDM电源方案。经研究表明,LCC串并联谐振变换器作为其主电路拓扑,采用恒频移相控制方式,不仅具有ZVS特性,而且表现出良好的负载适应性;在简化电路结构的同时,又使电源更加高效节能。文中首先对LCC谐振变换器详细的原理分析,掌握了变换器的运行规律;利用基波近似分析法,对恒频移相控制条件下变换器进行了建模,并对其工作特性进行了分析;在此基础上,对谐振参数进行了优化设计和仿真验证,给出了一种简单直观的LCC谐振变换器的参数设计方法;接下来,根据EDM电源的设计指标,以Microchip公司的新型数字信号控制器为控制核心,完成了基于数字控制的EDM电源系统设计,包括功率部分的硬件设计,以及数字控制策略;最后,通过实验验证该数字控制EDM电源系统具有良好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 电火花加工（EDM）原理简介
• 1.1.2 EDM 电源研究现状
• 1.2 谐振变换器概述
• 1.2.1 谐振网络
• 1.2.2 谐振变换器控制方式
• 1.3 数字控制系统概述
• 1.3.1 数字控制技术概述
• 1.3.2 数字信号控制器（DSC）在开关电源中的应用
• 1.3.3 dsPIC30F3010 芯片介绍
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第二章 LCC 谐振变换器原理分析
• 2.1 引言
• 2.2 LCC 谐振变换器工作原理
• 2.2.1 LCC 谐振变换器
• 2.2.2 变换器等效电路
• 2.3 LCC 谐振变换器工作模态分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 移相控制LCC 谐振变换器电路模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 移相控制LCC 谐振变换器稳态分析
• 3.2.1 开关网络模型的建立
• 3.2.2 整流网络模型的建立
• 3.2.3 谐振网络模型的建立
• 3.3 移相控制LCC 谐振变换器的工作特性
• 3.3.1 变换器的电流传输特性
• 3.3.2 变换器的控制特性
• 3.3.3 变换器的输出特性
• 3.4 移相控制LCC 谐振变换器的软开关特性
• 3.4.1 移相控制LCC 变换器的工作区域
• 3.4.2 桥臂死区时间的影响
• 3.5 LCC 谐振变换器参数的优化选取
• 3.5.1 谐振元件参数设计
• 3.5.2 谐振参数优化选取步骤
• 3.6 LCC 谐振变换器仿真分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于数字控制的独立式EDM 电源设计
• 4.1 引言
• 4.2 数字控制EDM 电源基本结构
• 4.3 EDM 电源的硬件设计
• 4.3.1 设计指标
• 4.3.2 电路参数的设计
• 4.3.3 电流采样和过流保护电路设计
• 4.3.4 加工状态控制和过压保护电路设计
• 4.3.5 MOSFET 驱动电路设计
• 4.4 EDM 电源的软件设计
• 4.4.1 资源配置
• 4.4.2 数字控制算法
• 4.4.3 移相角生成策略
• 4.4.4 软件流程
• 4.5 实验结果
• 4.5.1 LCC 变换器的仿真与实验分析
• 4.5.2 EDM 电源加工效果与分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于双管正激变换器的两级式EDM 电源设计
• 5.1 引言
• 5.2 数字控制两级式EDM 电源系统结构
• 5.3 两级式EDM 电源工作原理介绍
• 5.3.1 双管正激变换器工作原理
• 5.3.2 后级加工模态
• 5.4 两级式EDM 电源关键参数设计
• 5.4.1 设计指标
• 5.4.2 电路参数设计
• 5.5 实验结果与分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文