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弧焊逆变电源控制系统的研究

张志坚  
【摘要】: 论文首先介绍了弧焊逆变电源的发展历史,论述了逆变电源的产生、发展及国内外现状,并对其发展趋势和研究方向进行了预测,即弧焊电源将向着微机控制技术与逆变技术相结合的软开关型逆变电源及数字化电源方向发展。同时对弧焊逆变电源的特点和优点进行了详细的阐述,在此基础上提出了本研究课题,并对研究课题内容和所要达到的目标做了明确的陈述。 论文介绍了软开关型弧焊逆变电源系统的结构和组成。对软开关型逆变电源主电路形式,不同拓扑结构作了比较,对主电路中关键器件性能进行了阐述。在此基础上重点对所研制的软开关型弧焊逆变电源控制系统的结构组成、电路设计、抗干扰设计等进行了详细分析和说明,并给出了硬件电路和控制程序流程图。 根据目前软开关型弧焊逆变器的研究现状,通过对比适合作软开关型逆变器的不同主电路拓扑结构,最终选取IGBT为逆变功率器件,采用能够输出较大功率的全桥式结构,配以高频变压器和高频整流电路构成本课题的主电路系统。在主电路分析中主要讨论了高频变压器的设计,介绍了IGBT的特性,并对驱动电路、输出整流电路的设计要求进行了分析、研究。论文主要阐述和说明的部分是控制系统。设计的软开关型弧焊逆变电源控制系统以80C196KC为核心,采用移相PWM控制,逆变电源的软开关实现是通过相移芯片UC3875产生具有一定相序的脉冲去触发IGBT,保证其在零电流或零电压下通断。针对CO_2气体保护焊需要,系统通过霍尔电压传感器采样焊接电压,并将焊接电压反馈输入到单片机中与预置电压进行比较,再将误差经过PI运算,获得相应的控制量,经过D/A转换,输入到UC3875,最后通过UC3875的移相调节输出有一定相序的脉冲,经过驱动电路放大,最后触发IGBT通断,系统通过采用电压反馈实现电源恒压外特性控制。论文中对控制系统组成单元电路——作了详细的说明,包括单片机最小系统、参数预置与显示电路、移相PWM产生电路、驱动电路及送丝系统控制电路等,另外,对控制系统中涉及到的过流保护、过/欠压保护、过热保护电路也作了必要的说明。控制系统经过一定的实验调试,得到了初步结果。论文中给出了相关的实验波形,并对实验波形进行了分析、说明。 在论文最后,对控制系统的可靠性和抗干扰措施进行了分析和设计,在相关的电路中采取了硬件抗干扰措施。所采取的硬件抗干扰技术有:滤波技术、去耦技术、屏蔽技术、隔离及接地技术。同时在所编制的程序中采取了软件抗干扰技术,包括“看门狗”、冗余指令、平均值滤波、软件延时等。 论文针对本次设计的控制系统的后续研究工作提出了进一步实验及完善的建议,为研究软开关型弧焊逆变器奠定了一定的基础。


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