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变极性逆变电源的应用研究

李小伟  
【摘要】:本文首先介绍了变极性逆变电源的特点及目前国内外的研究现状。针对铝合金焊接的要求和逆变电源的发展趋势,提出了应用软开关技术的新型变极性逆变电源技术,并系统的研究了前级软开关弧焊逆变电源的电路拓扑和工作机理。通过对比研究,选用移相控制FB-ZVZCS-PWM新型软开关电路拓扑,提出了变极性等离子弧焊逆变电源主电路、控制系统和控制软件的设计方案。 其次介绍了所研究的变极性等离子弧焊逆变电源的组成结构和控制原理,系统阐述了电源主电路、控制电路、保护电路、显示及按键电路和控制软件,并对关键电路给出了详细描述。 电源主电路采用单电源供电,采用输出功率较大的全桥双逆变结构,经过比较选取绝缘栅双极型晶体管IGBT作为主控开关功率转换器件。主电路系统由前级逆变电路、高频变压器、整流滤波电路、后级逆变电路组成。文中详细讨论了上述电路的设计要点和参数的确定,着重探讨了后级逆变的实现和控制。 控制系统采用高性能的32位嵌入式处理器LPC2210作为其核心,采用嵌入式操作系统UCOSⅡ,整个系统采用闭环负反馈控制。系统实时地对输出电流进行采样,将采样结果送入单片机进行A/D转换,并完成PI算法后,相应的输出量控制脉宽调制芯片UC3875的输出脉宽,进而调整输出电流,由此控制焊机的输出外特性。 最后进行变极性软开关逆变电源的计算机仿真研究,建立了系统SIMULINK仿真模型;获得了移相控制信号、软开关电路负载状态、电源外特性、电源动特性、占空比损失等仿真波形和零电压零电流软开关换流相位图:验证了FB-ZVZCS-PWM变换器具有最小的环流损耗和最大的能量传输效率,验证了电源主电路设计的合理性,通过变极性电流波形的分析,得出了影响波形实现的关键因素。


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