逆变直流弧焊电源及其控制技术研究

论文摘要

随着科技的发展,焊接技术在现代工业中的应用越来越广泛。弧焊电源作为电焊机的核心,其性能直接影响到电焊机的焊接质量。数字化逆变直流弧焊电源因其具有焊接性能好、动态响应快、体积小、重量轻、效率高、有利于实现焊接过程智能控制等诸多优点,已经成为焊接电源的主要发展方向。本文研究了基于DSP控制的数字化半桥逆变直流弧焊电源。首先,设计了电源主电路,该电路由三相工频输入整流滤波电路、两组金属化聚丙烯膜电容和IGBT及非晶态磁材变压器组成的半桥逆变电路、高频整流滤波输出电路等组成。其次,设计了以DSP为核心的控制系统硬件电路及相应软件,硬件电路由以TMS320LF2407A为核心的一系列外围电路组成,分别是输出电压、电流采样电路,过压、欠压、过流及过热保护电路,PWM互锁电路,IGBT驱动电路,焊接参数输入电路,焊接电流、电压显示电路及故障显示电路。控制系统软件程序分别由PWM产生程序、AD转换程序、数字PID调节程序等组成。最后,在所研究的样机上进行了一系列静态和动态实验。实验表明所研究的数字化逆变直流弧焊电源性能基本符合设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外研究状况与发展方向
• 1.2.1 国外近年来的发展情况
• 1.2.2 国内近年来的发展情况
• 1.3 本文的主要研究内容和方案
• 1.4 课题的难点和创新点
• 第二章 逆变弧焊电源主电路的设计
• 2.1 逆变弧焊电源的设计参数
• 2.2 逆变弧焊电源丰电路结构及原理
• 2.3 输入整流滤波电路设计
• 2.3.1 输入三相整流模块的选择
• 2.3.2 输入滤波电容的计算
• 2.4 半桥逆变电路的设计
• 2.4.1 开关管的选择
• 2.4.2 分压电容的设计
• 2.4.3 主变压器的设计
• 2.5 输出整流滤波电路设计
• 2.5.1 输出整流二极管的选择
• 2.5.2 输出滤波电感设计
• 第三章 逆变弧焊电源控制系统设计
• 3.1 主控制电路的设计
• 3.1.1 控制芯片的选择
• 3.1.2 TMS320LF2407A的性能与特点
• 3.1.3 DSP最小系统设计
• 3.2 DSP控制系统外围电路设计
• 3.2.1 输出电压采样电路
• 3.2.2 输出电流采样电路
• 3.2.3 PWM互锁电路
• 3.2.4 IGBT驱动电路
• 3.2.5 EEPROM电路设计
• 3.3 保护电路设计
• 3.3.1 过流保护电路
• 3.3.2 欠压与过压保护电路
• 3.3.3 过热保护电路设计
• 3.4 控制面板设计
• 3.4.1 焊接参数输入电路
• 3.4.2 输入信号转换电路
• 3.4.3 输出显示电路
• 第四章 控制系统软件设计
• 4.1 程序主要功能与流程图
• 4.1.1 程序的主要功能
• 4.1.2 程序流程图
• 4.2 PWM波产生程序
• 4.3 AD转换程序设计
• 4.4 PID控制算法程序设计
• 4.4.1 PID控制原理
• 4.4.2 数字增量式PID控制算法
• 4.4.3 数字PID控制程序
• 第五章 实验分析
• 5.1 用大功率负载箱作焊机负载实验
• 5.1.1 空载实验
• 5.1.2 输出电压12V/输出电流150A实验
• 5.1.3 输出电压24V/输出电流100A实验
• 5.2 现场焊接实验
• 5.2.1 输出电流100A实验
• 5.2.2 输出电流100A/外拖电流50A实验
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢