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新型半桥软开关逆变弧焊电源的研究

作　者: 曹达
导　师: 佘致廷
学　校: 湖南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 弧焊电源 新型半桥逆变器 软开关技术 模糊-PI复合控制
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


逆变弧焊电源是一种借助电力电子PWM变流电路，把电网的交流电压变换成直流的低电压大电流焊接设备。随着新一代电力电子功率器件、软开关电路拓扑、数字化控制以及智能化控制技术的不断发展，逆变弧焊电源在高效节能化、轻量化、集成化、实时控制、一致性和可靠性方面得到了进一步地提高。本文运用新型全控型功率器件、软开关技术、数字化智能控制等先进技术进行全新的逆变弧焊电源的设计与研究。在对比分析传统逆变弧焊电源变换器拓扑及其工作原理的基础上，研究一种新型半桥软开关DC-DC变换器拓扑结构的逆变弧焊电源。本文的创新性研究方面主要是研究新型半桥软开关DC-DC变换器拓扑和电压模糊-PI复合控制器。新型半桥软开关DC-DC变换器的开关频率得到大大提高，有效地改善了焊接性能。为了满足强非线性、时变性的逆变弧焊电源最优控制的要求，在基于峰值电流模式的双闭环控制系统中，研究电压模糊-PI复合控制器，通过对控制器参数在线实时自适应的整定，实现逆变弧焊电源的最优控制。为了验证新型半桥软开关逆变弧焊电源的可行性和正确性，对新型半桥软开关DC-DC变换器各物理量之间的关系和功率管开关性能进行分析，本文建立基于模糊-PI复合控制的双闭环控制新型半桥软开关DC-DC变换逆变弧焊电源的Matlab仿真模型，并进行仿真和分析。对新型半桥软开关逆变弧焊电源进行主电路和控制电路的优化设计。主电路的设计侧重在实现软开关工作的同时，对功率开关管IGBT、高频变压器和高频整流二极管等主要元件进行选型和参数计算；控制电路的设计包括基于dsPIC30F6010A的DSP控制单元、电压电流采样电路、IGBT驱动电路、故障保护电路等硬件电路的设计；在软件编程方面，在Microchip公司提供的DSP集成开发环境中采用C语言与汇编语言混和编程完成控制软件设计。最后在实验样机平台上进行实验研究，实验结果验证新型半桥逆变弧焊电源能有效地克服传统逆变弧焊电源系统硬开关变换器开关损耗大等不足，逆变弧焊电源系统的柔性化、智能化和数字化控制得到实现。通过本文的研究进一步证明新型半桥DC-DC软开关变换器逆变弧焊电源在降低能量损耗方面和提高焊接工艺质量有明显优势，具有较好的应用前景。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-12
附表索引  12-13
第1章 绪论  13-25
  1.1 引言  13
  1.2 逆变弧焊电源的研究意义  13-15
  1.3 逆变弧焊电源的研究方向  15-23
    1.3.1 软开关技术  15-19
    1.3.2 逆变弧焊电源的数字化控制  19-20
    1.3.3 逆变弧焊电源的智能化控制  20-23
  1.4 本文主要章节内容  23-25
第2章 新型半桥 DC-DC 软开关变换器及控制系统原理  25-36
  2.1 引言  25-26
  2.2 传统半桥软开关 DC-DC 变换器  26-29
  2.3 新型半桥软开关 DC-DC 变换器  29-31
  2.4 半桥软开关 DC-DC 变换器控制系统  31-35
    2.4.1 传统半桥软开关 DC-DC 变换器控制系统  31-32
    2.4.2 改进的电压模糊-PI 复合控制器控制系统  32-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章 新型半桥软开关逆变弧焊电源仿真  36-43
  3.1 引言  36
  3.2 仿真模型建立  36-41
    3.2.1 半桥变换器仿真模型  36-39
    3.2.2 改进的电压模糊-PI 复合控制闭环系统仿真模型  39-41
  3.3 仿真结果分析  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 新型半桥软开关逆变弧焊电源的全数字化实现  43-66
  4.1 引言  43-44
  4.2 主电路设计  44-52
    4.2.1 主要技术指标  44-45
    4.2.2 主电路拓扑基本结构  45-46
    4.2.3 输入整流滤波电路  46-47
    4.2.4 新型半桥软开关 DC-DC 变换器  47-49
    4.2.5 高频变压器  49-51
    4.2.6 输出整流滤波电路  51-52
  4.3 控制系统硬件设计  52-60
    4.3.1 DSP 最小系统  52-53
    4.3.2 电压、电流采样电路  53-55
    4.3.3 IGBT 驱动电路  55-57
    4.3.4 保护电路  57-59
    4.3.5 通信接口电路  59-60
  4.4 控制系统软件设计  60-65
    4.4.1 程序结构  60-61
    4.4.2 主程序设计  61-62
    4.4.3 子程序设计  62-64
    4.4.4 中断程序设计  64-65
  4.5 本章小结  65-66
第5章 实验研究  66-70
  5.1 引言  66
  5.2 实验装置  66-67
    5.2.1 实验装置的构成  66-67
  5.3 实验结果分析  67-69
  5.4 本章小结  69-70
结论与展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文  77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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