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微机控制方波交流TIG焊接电源研究

陈晶  
【摘要】: 随着对铝、镁及其合金的进一步研究和其在各个领域中更加广泛的应用,开展铝、镁及其合金焊接技术的研究工作显得尤为重要和迫切,提高铝、镁合金的焊接性、获得优质焊接接头是进一步拓宽铝、镁合金应用范围的重要条件。本文针对铝,镁及其合金焊接时正半波的熔化和负半波阴极清理的要求,研制了以单片机为核心的数字化控制IGBT逆变式方波交流TIG焊电源。 重点介绍了所研制的方波交流TIG焊接电源系统的组成部分和控制原理。分别就逆变电源的主电路、控制电路、保护电路和驱动电路做了详细分析,并从软、硬件两方面进行了系统的阐述。 电源主电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构,由输入整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流电路、二次逆变电路组成。文中详细介绍了主电路的设计要点及元件选型和参数计算。控制系统以16位高性能单片机80C196KC为核心,采用了目前比较常用的脉宽调制方式PWM(Pulse Width Modulation)即控制IGBT的导通时间来实现焊机输出功率与输出特性的控制。单片机输出的控制量经D/A转换后,通过脉宽调制芯片SG3525调制出两路互不重叠的触发脉冲,再经IGBT专用驱动模块M57959L进行功率放大后触发IGBT,以实现功率的输出。后级驱动脉冲是利用单片机的高速输出口输出两路互不重叠的脉冲经放大后得到的。系统实时对输出电流进行采样,将采样结果送入到单片机进行A/D转换。 本文还详细阐述了单片机的资源分配,外围电路的功能、作用等。并针对焊接过程中可能出现的典型故障:过流、过热、过/欠压等,设计了相应的保护电路。 在焊机的主电路和控制电路部分都进行了可靠性与抗干扰设计,系统分析了可能影响焊机正常工作的各种干扰及其产生原因,并在原理图设计、PCB制作以及程序编制的过程中采取了相应的软硬件抗干扰措施。系统软件采用汇编语言,以模块化方法设计。文中详细介绍了主程序及中断服务程序的功能和结构。 通过试验,对该电源的实现方案、组成部分进行了分析,得到了初步的试验结果,给出了在试验过程中记录的相关数据与波形;对试验过程中出现的问题进行研究分析,提出了解决方法。试验结果表明:该焊机主电路响应速度快,硬件电路简单可靠,系统软件高效、移植性好,抗干扰能力强,基本达到了最初设计的构想和要求。 最后,针对本焊机的后续研究工作提出了进一步完善的建议,为数字化焊机今后的深入研究奠定了良好的基础。


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