微束等离子弧焊晶体管电源的研究

论文摘要

微束等离子弧焊是一种高温、高能量密度、高电离度的焊接方法,它具有电弧收缩、能量集中、适用于薄壁件焊接的特点,在日趋小型化、精密化的零件、设备的制造过程中有广泛的应用前景。微束等离子弧焊接技术在薄壁零件的精密加工领域正受到越来越多的重视并得到越来越多的应用。微束等离子焊接的焊接电流小于30A,小电流稳定性对微束等离子弧焊工艺至关重要,微束等离子弧焊显著的一个特点是小电流焊接,焊接电流最小可以达到0.05A。当在小电流下焊接时,保持电弧稳定地燃烧,对微束等离子弧焊电源提出了很高的要求。微束等离子弧焊的电源特性直接关系到微束等离子弧焊焊接工艺的好坏。本文对微束等离子晶体管式弧焊电源的主电路进行了设计,主要包括主电路变压器设计,晶体管组、滤波电容、整流器的选型,滤波电感的选型设计等,本文还制作了微束等离子晶体管式弧焊电源的反馈控制电路和基于DSP+CPLD的核心处理电路。反馈控制电路通过采样、放大、给定、积分运算,有效地实现了微束等离子晶体管式弧焊电源的闭环控制,可以使微束等离子焊机精确地输出所需要的焊接电流。基于DSP+CPLD中央处理电路针对微束等离子弧焊的引弧、收弧、电弧转移等特殊弧焊特性进行了控制,并且实现了对外围水路、气路的通断的控制、实现了采样反馈控制电路的精密给定和微束等离子弧焊电源显示、输入等环节。最后采用saber软件对微束等离子晶体管式弧焊电源进行了仿真研究。仿真内容包括微束等离子弧焊电源的主电路和反馈控制电路模型的建立;对微束等离子晶体管式弧焊电源的电源特性,包括主电路开环特性、电源系统闭环控制特性,电源输出纹波等进行了仿真分析,对电源小电流输出稳定性进行了初步的探讨。在研究微束等离子弧焊晶体管电源的同时,对逆变式弧焊电源进行了仿真研究,并且对晶体管放大电源和逆变电源的特性进行了初步对比讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 微束等离子弧焊概述
• 1.2.1 等离子弧概述
• 1.2.2 微束等离子弧焊电源概述
• 1.3 微束等离子焊接电源的发展与国内外发展现状
• 1.4 晶体管电源技术研究
• 1.5 本课题研究主要内容
• 第2章 微束等离子弧焊电源主电路设计
• 2.1 晶体管放大电源主电路
• 2.2 微束等离子晶体管式电源主电路器件选型
• 2.2.1 变压器的设计
• 2.2.2 晶体管组的选型
• 2.2.3 主电路滤波电容选型
• 2.2.4 整流器的选型
• 2.2.5 电感的选型设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 微束等离子弧焊电源控制部分设计
• 3.1 微束等离子弧焊电源传递函数建立
• 3.2 反馈控制电路的设计
• 3.2.1 差动放大采样电路
• 3.2.2 给定电路分析
• 3.2.3 积分运算电路分析
• 3.3 核心控制整体设计
• 3.3.1 DSP 电路板设计
• 3.3.2 逻辑处理部分电路设计
• 3.3.3 外围电路设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 微束等离子弧焊电源系统仿真
• 4.1 仿真优点及saber 简介
• 4.1.1 计算机仿真优点
• 4.1.2 saber 仿真软件简介
• 4.2 主电路仿真
• 4.2.1 主电路模型建立
• 4.2.2 仿真分析主电路滤波电容对负载电流影响
• 4.3 反馈控制器仿真分析
• 4.3.1 反馈控制器模型建立
• 4.3.2 采样放大部分分析
• 4.3.3 反馈控制器对系统纹波的影响
• 4.3.4 反馈控制电源和地上的纹波对输出电流的影响
• 4.4 整体电源恒流输出特性
• 4.5 整体电源动特性分析
• 4.6 晶体管线性放大电源与逆变电源的分析
• 4.6.1 逆变电源的模型建立
• 4.6.2 逆变电源特性分析
• 4.6.3 开环逆变电源和开环晶体管线性放大电源纹波分析
• 4.6.4 逆变电源最小输出电流分析
• 4.6.5 恒定输出小电流模式下两种电源电阻区间对比分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢