逆变式弧焊电源的输入整流拓扑研究

论文摘要

在当今的焊接领域里,弧焊电源越来越广泛地被应用于各种场合,其前端整流拓扑的研究也逐渐得到越来越多的关注。在保证弧焊电源良好的电源外特性的同时,交流侧输入电流的谐波畸变率THD值、功率因数等方面也不容忽视。因此本文中介绍了逆变式弧焊电源输入端的多种整流拓扑,并进行了相关的理论分析与仿真研究。本文首先介绍了逆变式弧焊电源前级两种常见的12脉波整流拓扑,为了得到希望的电压等级,对具有差接三角形轴向分裂自耦变压器的12脉波整流电路进行了分析,研究了该整流拓扑中自耦变压器的绕组连接方式以及电压矢量关系,介绍了电路中平衡电抗器的作用,并分析得到三相交流电压相序的变化对交流侧输入电流和直流侧输出电压无影响的结论。最后,针对实际中可能出现的各种情况进行了仿真分析。针对以上各种形式的12脉波整流拓扑在逆变式弧焊电源前端工作时,交流侧输入电流的谐波仍然会很大、THD值不算小、功率因数也不高等问题,本文介绍了逆变式弧焊电源前级的一种新型整流拓扑——三相高频PWM整流电路,分析了这种整流拓扑的结构和工作原理。推导了它的数学模型,控制系统采用电压外环电流内环的双闭环经典PI控制,设计了相关的控制参数。最后对该整流拓扑做了相关仿真分析。逆变式弧焊电源的输出逆变整流电路实质上是一个移相全桥ZVS PWM变换器,本文简述了该变换器拓扑的电路结构和工作原理,分析了软开关实现和副边占空比丢失的相关内容。然后,还给出了该变换器的小信号模型,提出了电压电流单闭环切换的控制策略,并设计了相关的控制参数。最后,对该部分进行了仿真分析。对逆变式弧焊电源前端采用轴向分裂自耦变压器的12脉波整流拓扑和三相高频PWM整流拓扑分别进行了仿真分析,并研制了一台前端采用轴向分裂自耦变压器12脉波整流电路的200A/10kW逆变式弧焊电源样机,进行了相关的实验,得到了一些结果。根据这些实验结果,可以知道该电源样机的性能和前端整流电路的功能实现均良好,满足这种弧焊电源系统各方面的性能指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 逆变式弧焊电源的发展概况
• 1.2 逆变式弧焊电源的研究热点
• 1.3 逆变式弧焊电源输入整流拓扑的研究现状与存在的问题
• 1.4 本文研究内容小结
• 2 基于12 脉波整流的输入整流拓扑研究
• 2.1 几种常见的12 脉波整流拓扑
• 2.2 具有差接三角形轴向分裂自耦变压器的12 脉波整流拓扑
• 2.3 具有差接三角形轴向分裂自耦变压器的12 脉波整流拓扑仿真
• 2.4 本章小结
• 3 基于三相高频PWM 整流的输入整流拓扑研究
• 3.1 三相电压型高频PWM 整流拓扑及其工作原理
• 3.2 三相电压型高频PWM 整流电路的数学模型
• 3.3 三相高频PWM 整流电路的控制结构
• 3.4 三相高频PWM 整流拓扑的主电路参数设计
• 3.5 三相高频PWM 整流电路的仿真分析
• 3.6 本章小结
• 4 逆变式弧焊电源的输出逆变整流电路研究
• 4.1 逆变式弧焊电源的输出逆变整流电路拓扑
• 4.2 软开关的实现以及副边占空比的丢失
• 4.3 移相全桥ZVS PWM 变换器控制系统的设计
• 4.4 移相全桥ZVS PWM 变换器的独立仿真研究
• 4.5 本章小结
• 5 逆变式弧焊电源系统的仿真及实验
• 5.1 逆变式弧焊电源系统的仿真
• 5.2 实验结果及其分析
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 今后的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表论文目录