收藏本站
《吉林大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

ZVZCS三电平PWM逆变弧焊电源的研究

白建国  
【摘要】:逆变焊接电源具有体积小,、重量轻、高效节能、动态响应快等许多优点,被焊接界公认为最有发展前途的焊接电源。随着电力电子技术和各种先进控制方法的发展,和功率器件IGBT的出现及其性能的不断完善,逆变弧焊电源的前景将更加光明。 为了减小弧焊电源的体积,可以通过提高其频率的方法来实现。同时弧焊电源频率的进一步提高会带来很多的优良特性。但是传统的PWM控制的弧焊电源中,开关器件均是强迫开关过程,因而存在开通和关断损耗大、感性关断、容性开通、二极管方向恢复等一系列问题。开关损耗随逆变频率的提高而增加,很难进一步高频化。软开关PWM技术能较好地解决传统PWM技术中的问题,越来越成为焊接界所关注的焦点之一。 同时传统的焊接逆变电源均为二极管整流、大电容滤波,从而造成输入电流和电压相位相差很大,并且电流畸变很大。这样不仅功率因数很低,而且输入电流中谐波的含量相当高,从而严重污染了电网。现在人们以来时意识到这一点,并开始制定一系列规定来限制接入电网的设备的谐波含量。为了抑制谐波、提高功率因数,人们引入了功率因数校正技术。同时为了减小体积,大多采用有源功率因数校正技术。三相有源功率因数校正技术大多采用boost变换器作为主电路,其输出电压一般为760-800V DC,有时甚至高达1000V,这就要求后级开关管的耐压要高,从而导致电源成本的大幅度提高。而三电平变换器中,管子承受的电压为输入电压的一半,因此非常合适作为三相功率因数校正的后级电路。同时为了减小开关损耗,将软开关技术引入到三电平变换器,从而产生了一种新颖的软开关PWM变换器——三电平软开关变换器。三电平软开关变换器分为ZVS-PWM三电平变换器和ZVZCS-PWM三电平变换器。考虑到ZVS-PWM三电平存在以下缺点:①超前臂是利用输出滤波电感和漏感的能量实现ZVS,比较容易;但后桥只能利用漏感的能量来实现ZVS,由于漏感一般较小,在负载较轻时其能量不足以实现滞后管的ZVS,如够将漏感做得很大,将会带来较大的占空比丢失;②在零状态时,一次侧不给负载提供能量,但一次侧有环流存在,在开关管和变压器一次绕组中产生通态损耗,影响了变换效率的提高。本文采用ZVZCS-PWM三电平变换器作为弧焊电源的主电路。 本文详细介绍了ZVZCS-PWM三电平变换器的工作原理,给出了其实现软开关的条件及其参数设计的理论依据。在设计电路前用电路仿真软件Pspice 9.2对主电路进行了仿真,在理论上验证了方案的可行性。同时利用控制理论对系统进行分析,推导出该电源系统的传递函数模型。为了使电压、 WP=68 电流扰动对系统输出影响减小,合理选择了调节器及校正环节,通过选择合适的参数,得到了一个具有较高稳定性、很好动态性能和较高稳定精度的控制系统。并用MATLAB对控制系统进行了仿真,验证了设计的正确性。最后根据参数计算和理论分析,设计了一台最大输出电流为120A的逆变弧焊电源模拟机,其输出电流范围在20A-120A之间,空载电压载65V-70V之间.。实验证明对ZVZCS-PWM三电平变换器的原理分析、参数计算和仿真模拟是完全正确的。该变换器的前桥实现了零电压开关、后桥实现了零电流开关,同时管子承受的压降值为为输入电压值的一半。 本论文采用EXB841设计了开关管IGBT的驱动电路,开关管开通时的正相驱动电压为15V,反向截止电压为-5V,同时采用外围电路设计了过流时的保护电路,当IGBT过流时,EXB841将输出低电平,从而关断开关管。同时为了避免电网对控制电路的的干扰,采用双管正激变换器设计了一辅助开关电源,为电路中的各种芯片供电,从而很好的实现了电网和控制电路的严格隔离。避免了电网对控制电路的干扰,实验证明效果很好。 本文对整个系统的可靠性和抗干扰能力进行了理论分析和实践,采取减小干扰源,切断传播途径,屏蔽被干扰源的方法增强系统的可靠性。在整个系统的布局上,使强干扰源远离对干扰敏感的器件,器件之间的连线用屏蔽线,IGBT的驱动线用绞合线并且尽可能的短等,在设计PCB时,全方位考虑了EMI问题,采取措施使控制板中的各种信号线尽可能的互不干扰,使整个系统的驱动脉冲和工作时序按计划进行。 总之,ZVZCS-PWM三电平变换器不仅有软开关PWM的各种优点,而且开关管承受的电压值为输入电压的一半,特别适用于采用了有源功率因数校正技术或者输入电压很高的场合。三电平技术的发展,必将促进绿色环保电源的飞速发展。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TG434

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 毕娟;沈凤龙;;三电平逆变器空间矢量控制算法比较研究[J];辽东学院学报(自然科学版);2011年02期
2 李雪莉;;基于Buck/Boost变换器的NMVS无源无损软开关[J];化工自动化及仪表;2011年07期
3 王久海;;基于SVPWM的Vienna整流器矢量控制研究[J];工矿自动化;2011年10期
4 丛子月;谭国俊;何凤有;;国外引进交—交变频提升机国产化改造实践[J];煤炭工程;2011年09期
5 龙东旭;杨兴;;2米薄板预处理线的改造[J];机械工程师;2011年08期
6 陶武军;何宇春;范晓松;;加氢装置新氢压缩机气量无级调节系统的应用[J];化学工程与装备;2011年08期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 石勇;;输出倍频不对称半桥3电平DCDC变换器[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年
2 裴云庆;姜桂宾;刘海涛;王兆安;;大功率软开关电镀电源的研制[A];第二届全国特种电源与元器件年会论文集[C];2002年
3 谢毅聪;熊蕊;;一种新型单管软开关Boost变换器及其EMI研究[A];第十二届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2002年
4 王慧贞;童永胜;严仰光;;250VA 400Hz软开关逆变电源研制[A];第二届全国特种电源与元器件年会论文集[C];2002年
5 龙轶伟;朱志明;;单端正激有源钳位软开关逆变电源的仿真研究[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
6 杜贵平;黄石生;王振民;;新型零电压软开关弧焊逆变器仿真及实验研究[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年
7 赵国林;戴志平;;一种单级软开关PFC变换器[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年
8 戎福恩;;三电平码的透明光传输[A];四川省通信学会2000年学术年会论文集[C];2000年
9 王栋;达选福;李涛;;全帧转移CCD三电平时钟驱动电路设计[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
10 龙光华;王克争;张滨;;全桥相移软开关逆变焊机控制电路设计[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 江西 范明之 魏小红;光驱软开关[N];中国电脑教育报;2000年
2 陈耀群王杜芬;节能焊机倍受船企青睐[N];中国水运报;2008年
3 记者 高炼芳;中山科技重大专项取得突破[N];广东科技报;2005年
4 记者 陈耀群;软开关逆变焊机研制成功[N];中国船舶报;2006年
5 记者 陈耀群 通讯员 王杜芬;节能焊机两月销售超千台[N];中国船舶报;2008年
6 记者 柯颂实习记者 谢芸 通讯员 黄奋敏;科技为先导 经济显实效[N];中山日报;2007年
7 吴秀霞 杜伟伟;产学研合作的实践者[N];中国船舶报;2008年
8 江苏 董强;一种软开关电路的频率跟踪方式[N];电子报;2005年
9 成都 王友和;新科HD7V-420液晶彩电显示屏电源工作原理与常见故障检修(下)[N];电子报;2007年
10 冰风;打造光驱的软关闭[N];中国电脑教育报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马运东;直流变换器的三电平拓扑及其控制[D];南京航空航天大学;2003年
2 叶宗彬;大功率提升机三电平双馈调速关键技术研究[D];中国矿业大学;2010年
3 陈刚;软开关双向DC-DC变换器的研究[D];浙江大学;2001年
4 韩耀飞;MW级异步电机双三电平变频系统研究[D];中国矿业大学;2010年
5 张志;多电平变换器脉宽调制及其非线性控制方法研究[D];华南理工大学;2010年
6 唐健;三相四线制三电平三桥臂APF关键技术及其控制研究[D];华中科技大学;2010年
7 明正峰;新型谐振过渡软开关三相PWM逆变器[D];西安理工大学;2002年
8 孙向东;组合式软开关高频链逆变器的研究[D];西安理工大学;2003年
9 许春雨;软开关三相PWM逆变技术研究[D];上海大学;2005年
10 牛利勇;纯电动公交充电系统关键技术研究[D];北京交通大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 柳莺;无源软开关三电平非隔离DC/DC变换电路的仿真与实验研究[D];浙江大学;2004年
2 喻繁辉;基于DSP控制的三电平弧焊逆变电源的研究[D];吉林大学;2006年
3 张红申;基于DSP磁悬浮轴承控制系统的硬件研究[D];东华大学;2008年
4 白建国;ZVZCS三电平PWM逆变弧焊电源的研究[D];吉林大学;2004年
5 陈志英;ZVS PWM复合式全桥三电平变换器的研究[D];南京航空航天大学;2004年
6 吴瑶敏;单相三电平功率因数校正电路的研究[D];华中科技大学;2009年
7 周灵强;三电平PWM调速系统在主轧机上的应用[D];东北大学;2008年
8 汪殿龙;新型软开关弧焊逆变电源的研制[D];沈阳工业大学;2003年
9 王学华;单相复合式三电平逆变器的研究[D];南京航空航天大学;2004年
10 袁俊;基于空间电压矢量法的三电平逆变器研究[D];兰州理工大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026