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数字控制变极性TIG焊机的研制

2020-12-03阅读(603)

数字控制变极性TIG焊机的研制

论文摘要

变极性TIG焊是一种正负半波电流时间、幅值都可以独立调节的不对称方波焊接方法,广泛应用于铝及铝合金的焊接。本文查阅了大量的国内外文献资料,分析了国内外变极性TIG焊电源的发展概况、趋势及研究进展,提出了一种变极性TIG焊双逆变电路结构,即电源的主电路采用两级逆变,一次逆变采用IGBT全桥逆变方式,二次逆变同样为IGBT全桥式逆变结构,并对主电路参数进行设计。另外,使用MATLAB软件对变极性TIG焊主电路进行建模、仿真。其仿真波形与实验波形对比基本相同。控制系统采用PWM模式控制方式,一次逆变器采用PWM3525控制电路,并且采用PWM专用驱动芯片M57962L进行驱动,二次逆变器采用555控制电路,通过控制脉冲和光耦器TLP250进行驱动二次逆变电路。本文深入研究变极性TIG焊主电路的工作原理。此外,还介绍了保护电路。本文在介绍DSP结构特点及其应用系统构成的基础上,分别讨论了数字信号处理器在焊接设备中的应用及其控制系统的工作原理。针对传统的焊接控制器或电参数监测系统存在的检测精度不够高、实时性较差、电路复杂等缺点,结合数字系统本身所具有的运算速度快、处理精度高等优势,提出了应用DSP TMS302F2812作为控制系统核心。设计了焊机数字控制系统的原理框图,软、硬件各个部分设计均采用模块化设计。搭建了TIG焊数字化控制的软件平台,软件设计包括主程序设计、A/D转换功能模块设计、增量式PID数字运算设计、D/A转换功能模块设计,及对系统的抗干扰措施进行了系统性的介绍。试验结果表明本文所研制的变极性TIG电源系统稳定可靠,且输出的电流在DCEP期间的幅值IP和DECK期间幅值In、频率和正、负半波导通比都独立可调,满足铝及其合金焊接的工艺需求,是一种理想的焊接电源。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题的背景及研究意义
  • 1.1.1 课题的选题依据
  • 1.1.2 变极性TIG焊接电源的特点
  • 1.1.3 变极性TIG焊接电源国内外发展状况
  • 1.1.4 全数字化焊机的发展
  • 1.2 课题研究的主要内容
  • 第二章 基于DSP控制的变极性TIG焊电源硬件电路设计和软件编程
  • 2.1 TMS320F2812处理器的主要特点
  • 2.2 TMS320F2812内核组成
  • 2.3 软件开发工具
  • 2.3.1 CCS2000简介
  • 2.3.2 DSP软件设计和代码生成
  • 2.4 电压、电流反馈信号采集
  • 2.4.1 TMS320F2812中的ADC采样模块
  • 2.4.2 采样工作原理
  • 2.4.3 采样程序流程
  • 2.5 软件调试工具
  • 2.5.1 ICETEK DSP实验箱的特点和指标
  • 2.5.2 ICETEK-F2812-A评估板原理图和实物图
  • 2.6 系统抗干扰设计
  • 2.6.1 干扰源及干扰途径
  • 2.6.2 网压变化引起的干扰
  • 2.6.3 焊接现场的电磁干扰
  • 2.6.4 测控系统的自身干扰
  • 2.6.5 硬件抗干扰设计
  • 2.6.6 印刷版角度的抗干扰设计
  • 2.6.7 软件方面的抗干扰设计
  • 2.7 TMS320F2812外围电路设计和软件编程
  • 2.7.1 TMS320F2812外围电路设计
  • 2.7.2 TMS320F2812软件编程
  • 第三章 变极性电源模拟控制电路的设计
  • 3.1 控制方式的选择
  • 3.2 一次逆变控制系统
  • 3.2.1 脉宽调制电路
  • 3.2.2 一次逆变驱动电路
  • 3.3 二次逆变控制系统
  • 3.3.1 二次PWM芯片的选择
  • 3.3.2 二次PWM波形产生电路
  • 3.3.3 二次驱动电路的设计
  • 3.4 外特性控制电路
  • 3.5 稳压供电电源
  • 第四章 主电路参数设计
  • 4.1 主变压器的设计
  • 4.1.1 铁芯选择及原、副边绕组计算
  • 4.1.2 导线线径及股数的计算
  • 4.1.3 校核窗口面积
  • 4.2 输出滤波电感的设计
  • 4.2.1 输出滤波电感的工作情况
  • 4.2.2 输出滤波电感的计算
  • 4.3 输入滤波电容容量的计算
  • 4.3.1 选取原则
  • 4.3.2 Cin容量计算
  • 4.4 输出滤波电容容量的计算
  • 4.5 输出整流二极管的容量计算
  • 4.6 主功率管IGBT
  • 4.6.1 主功率管的选择
  • 4.6.2 IGBT基本结构、栅极特性及驱动
  • 4.6.3 一次逆变主功率管IGBT的容量计算
  • 4.6.4 二次逆变功率管IGBT的容量计算
  • 4.7 主电路的仿真
  • 4.7.1 二次逆变电路的波形仿真过程分析
  • 第五章 变极性TIG焊系统调试及工艺实验
  • 5.1 实验条件
  • 5.1.1 系统调试
  • 5.1.2 波形测试
  • 5.1.3 实验结果分析与参数优化
  • 5.1.4 焊接实验
  • 5.2 电弧稳定性研究
  • 5.3 阴极清理机理研究
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 在学研究成果
  • 致谢

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