高频脉冲VPPA焊接电源系统建模与仿真

建立了IGBT式双逆变高频脉冲VPPA焊接电源系统模型,包括双逆变主电路及其PWM控制电路.计算并获得了在一次逆变频率固定的前提下可输出高频脉冲与滤波电感的对应关系.由仿真结果可知,降低输出滤波电感值,可在一定范围内提高输出脉冲频率,但滤波电感值过低会使输出电流不连续,因此,通过降低滤波电感值来提高可输出高频脉冲频率是有限的.由仿真结果还发现,在滤波电感一定时,提高一次逆变频率会提高可输出高频脉冲频率,但逆变频率过高对开关器件要求极高,增加设备保护系统的复杂程度.计算结果可以为研制高频脉冲VPPA焊接电源系统提供理论依据.     

短路过渡焊接电源系统建模及仿真研究

通过分析焊接过程中产生飞溅的原因,提出了可变电感的电流波形控制方案,应用Matlab/Simulink建立了逆变焊接电源系统的仿真模型.该模型包括弧长变化模型、电弧负载模型、逆变电源占空比模型、焊接电路模型,特别是从飞溅控制方面考虑建立了可变电感仿真模型.试验波形与仿真波形对比表明了此模型的合理性,从而为深入焊接电源研究提供了一定的理论基础.     

基于DSP数字控制技术的双逆变弧焊电源

设计了一种采用两级逆变的变极性焊接电源,主电路分别采用移相全桥软开关技术和新型半桥式逆变技术.以单片机80C196KC作为控制系统的核心器件,采用PI控制实现了一次逆变闭环恒流控制;通过设定输出频率、正负半波幅值和占空比等参数实施输出二次逆变波形控制.试验结果表明,电源设计合理,输出波形可控,完全能够满足铝合金TIG焊...     

交变磁控电源的设计与仿真

为提高大电流GMAW焊接过程的稳定性,进而提高焊接效率,引入了外加间歇纵向交变磁场来控制焊接过程.采用两级逆变拓扑结构,研制出一台输出为方波交流电流,且幅值、频率和占空比均可调的磁控电源.利用可视化仿真软件Simulink建立该磁控电源的仿真模型,分析电路在不同给定参数下的仿真结果,论证了主电路拓扑结构及参数设计的合理...     

仿真在逆变弧焊电源研究中的应用

本文对逆变式弧焊电源中感性参数的影响进行了分析和仿真，研究表明：漏感、原过回路电感严重地恶化了逆变式弧焊电源的工作状况，而输出电感则影响着电源的动态特性。     

基于DSP和CPLD的耦合型高频脉冲焊接电源系统设计

针对当前焊接电源的动特性无法满足高频脉冲电流输出的要求,文中在详细分析焊接电源特性的基础上,保持焊接电源输出方式和控制模式不变,建立了耦合脉冲电源系统的数学模型,并分析电容容值和电压、回路电感、回路等效电阻对脉冲电流的影响;搭建了以DSP+CPLD为控制核心的数字化耦合型高频脉冲焊接电源系统,同时给出了硬件结构框图;基于PI控制算法实现了电源系统的时序控制及闭环控制,同时给出了软件设计流程;最后,进行了耦合高频脉冲焊接电源系统的动、静特性测试,测试结果表明:该系统动态响应速度快、控制精度高、脉冲输出稳定。     

基于TM320LF2812的数字化变极性钨极氩弧焊电源

设计了基于TMS320LF2812的数字化变极性钨极氩弧焊电源,该电源采用IGBT双逆变技术,一次逆变采用移相式软开关零电压、零电流PWM全桥电路(FB-ZCZVS-PWM)实现恒流闭环控制;二次逆变采用耦合电感型半桥逆变拓扑实现极性转换,设定特定的换向电流值使电源系统具有较宽的输出电流调节范围,兼顾了小电流焊接情况下的电弧稳定性和大电流焊接情况下二次逆变电路中IGBT的安全性.焊接试验结果表明,电源输出电流调节范围宽,焊接电弧稳定,焊缝成形优良、美观.     

大功率交流脉冲埋弧焊接电源波形控制策略研究

波形控制有利于改善交流埋弧焊接质量,但其对埋弧焊接电源的极性切换速度、过零点稳弧以及动态响应速度等均有着极高的要求,尤其在大电流交流脉冲埋弧焊接工况下的实现难度极大.为此,提出两种大功率交流脉冲埋弧焊接电源的优化控制策略,包括:次级逆变的临界直通策略,可加快交流输出时的极性切换速度;PI分离式控制算法,可提高焊接电源动态波形输出性能.通过模态分析和SMIULINK模型仿真方法,对所提出的优化控制策略进行了有效性分析,并将所提出的优化策略在所研制的大功率交流脉冲埋弧焊接电源系统上进行了实验验证.结果表明,提出的波形控制策略可有效提高埋弧焊接电源的极性切换速度,同时可抑制复杂波形的电流超调、稳态误差和波形震荡.     

面向电子器件平行封装的精密微电阻缝焊电源设计

为满足电子器件微型化对焊接能量精细化控制的要求,设计了一种高频逆变式微电阻缝焊电源,采用绝缘栅双极型晶体管IGBT模块搭建高频逆变电路,逆变频率达到10 kHz,缩短了能量输出调控时间,提高了脉冲输出频率。为提高系统运算能力,设计了基于双MCU构架的全数字化控制系统,实现了PWM(Pulse width modulation)及输出能量波形的数字化控制。文中对电源负载特性进行了分析,针对焊接过程中的分流、过熔等现象,设计了五阶段输出波形方案,提出了恒流、恒压、恒功率输出控制模式,采用模糊自适应PID智能控制算法实现了多阶段脉冲能量的稳定输出。结果表明,研制的焊接电源在使用智能控制算法进行平行封装焊接时能有效控制输出能量,具有良好的稳定性,通过对焊接电流、时间、脉冲数等参数的精确控制,可实现输出能量、波形的精准控制,同时获得美观、致密性好的鱼鳞纹焊缝,无明显缺陷。     

逆变焊接电源磁性元件的应用和设计

逆变焊接电源磁性元件包括中频开关变压器、谐振电感、输出整流滤波电路中的直流电抗器等,是组成逆变电源的关键元件,对逆变电源的整体性能、体积、质量具有决定性影响.分析了逆变焊接电源中频开关变压器、谐振电感、直流电抗器等主要磁性元件的设计方法,包括磁心材料与规格的选取、线圈匝数和导线的计算以及电感和电抗器磁心气隙宽度的计算等.     

软开关弧焊逆变电源外特性的理论分析

通过分析移相全桥软开关弧焊电源工作特性,提出了基于峰值电流反馈控制软开关弧焊电源拓扑结构,运用电路分析方法把全桥弧焊电源等效为Buck模型,在不同负载条件下,Buck模型分别工作于电感电流连续方式和电感电流断续方式,运用电路知识对移相全桥零电压脉宽调制器稳态运行单周期波形图参数进行了理论计算,对模型的外特性工作点边界进行详细分析,通过分析计算证明了弧焊电源外特性形成机理,并给出一种所需外特性的实现电路.结果表明,软开关弧焊电源外特性边界曲线直接决定了焊接工艺参数的调节范围,通过不同的控制策略可以实现弧焊电源的所需外特性.     

弧焊逆变电源动态快速反馈控制

在基于输出电流平均建立弧焊逆变电源开环传递函数,通过ＰＩ闭环反馈控制实现恒值输出的基础上,应用输出电感动态快速反降低焊动态过程对电源的输出电流冲击,实现了控制模式的优化。实践证明该模式合理,有效,保证了弧焊逆变电源工作的稳定和可靠性。     

软开关弧焊逆变电源动特性分析

随着高性能薄板合金的广泛应用,基于实时能量控制波形弧焊技术的发展,对弧焊电源动特性提出了更高的要求．通过对移相全桥弧焊逆变电源的分析,可知移相全桥主电路本质上可等效为Buck模型,利用电路理论推导出小信号模型等效电路的电流传递函数,结合弧焊电源具体特点并进行简化,运用自动控制原理知识分析了弧焊逆变电源的动特性影响因素,并对基于峰值电流反馈的斜坡补偿方法进行具体设计分析,得出了基于峰值电流反馈弧焊逆变电源的动特性与输出回路电抗大小无关的结论．结果表明,仿真和实际电路试验结果均表明分析过程的正确性．     

基于ZCS-PWM的超音频感应焊接电源的研究

介绍一种基于ZCS-PWM(零电流开关-脉宽调制)技术的新型超音频感应焊接电源。利用ZCS频率跟踪电路,控制串联谐振式逆变器的开关频率始终跟踪负载的固有谐振频率,使逆变器的输出功率因数接近1,同时显著减小了开关器件的功率损耗,提高了整机的效率。所设计的系统采用直流斩波调压实现输出功率调节,降低了电源输入侧高次谐波,改善了传统的焊接工艺。研制的实用型焊接电源的最大功率为80kW、最高工作频率30kHz、全部采用IGBT器件,装置具有体积小、功率因数高、效率高、焊接速度快等优点。     

基于SiC模块的脉冲变极性焊接电源研制

SiC功率器件具备开关速度快、开关损耗低、导通损耗小等优点,有利于进一步提升焊接电源的逆变频率、响应速度,实现电弧能量的精密化控制. 设计了一套脉冲变极性逆变焊接电源,主电路采用双逆变结构,前级高频逆变电路采用SiC模块,后级低频调制逆变电路采用绝缘栅双极型晶体管 IGBT模块;设计了SiC模块驱动电路,实现了快速短路保护及米勒钳位;设计了基于ARM的全数字化控制系统,实现了PWM (pulse width modulation)以及输出电流波形的数字化控制.研制的脉冲变极性焊接电源逆变频率达到100 kHz,额定输出电流为500 A,可实现规整的脉冲变极性波形输出.结果表明,研制的基于SiC模块的脉冲变极性焊接电源能够实现稳定的焊接流程,可通过波形参数的调整有效控制焊接热输入量,获得良好的镁合金焊缝成形.     

软开关逆变式点焊电源设计及工艺研究

软开关逆变式电阻点焊电源是电阻焊电源领域研究的重要方向之一,设计了FB-ZVZCS-PWM变换器的主电路,通过校正隔直电容,使滞后臂实现ZCS;在相同规范条件下与传统的交流点焊机焊点做对比试验,验证了软开关逆变式点焊电源具有很高的热效率,系统输出电流平稳连续,加热过程平缓稳定,焊接过程中产生飞溅小,焊点压痕尺寸小,接头表面成形优良,能够满足逆变式电阻点焊电源的精密控制要求.     

超音频脉冲电源及其与焊接电源的并联耦合

研发了用于复合型超音频脉冲电弧焊接的超音频脉冲电源,其输出脉冲电流的频率和幅值可独立调节和准确控制,并提出了“并联+辅助网络”耦合方式.在建立输出脉冲电流控制模型的基础上,构建了包含降压变换器、全桥变换器和高频耦合变压器的超音频脉冲电源功率变换电路;脉冲电流频率的调节通过改变全桥变换器的开关频率实现,脉冲电流幅值采用对降压变换器的输出电压幅值和全桥变换器的输出电压占空比进行两级反馈控制,以保证其准确性和稳定性.结果表明,超音频脉冲电流的频率和幅值调节快速、准确、稳定,与焊接电弧具有良好的耦合效果.     

新型半桥软开关CO2逆变焊机

针对降低CO2逆变焊机的开关损耗、输出电压纹波以及数字化控制等问题,分析了一种在直流母线回路增加两只功率开关器件的半桥DC-DC变换器软开关工作机理.基于先进精简指令微处理器（advanced RISC machines,简称ARM）设计具有电流和电压双闭环控制策略的全数字化CO2逆变焊机.在Matlab/Simulink环境下,对新型半桥DC-DC变换器的软开关工作过程进行仿真分析.结果表明,与传统模拟控制的半桥逆变焊机相比,这种ARM控制的新型半桥软开关逆变焊机具有开关损耗低、电压纹波小、编程灵活、稳定性好等优点.     

基于双DSP数字化控制的交直流脉冲弧焊逆变电源

在论述研究开发交直流复合脉冲弧焊逆变电源必要性的基础上,通过对功率变换电路工作原理的分析,论证了实现电源交直流复合脉冲输出的可行性.采用Motorola 16位混合型数字信号处理器DSP 56F805建立了基于双DSP的IGBT弧焊逆变电源交直流复合脉冲输出数字化控制系统,以实现电源的人机交互、输出特性控制及工作状态监测与管理.     

全数字机器人VPPA焊接电源

为提高铝合金机器人VPPA(变极性等离子弧)焊接过程的稳定性,研制了一台600 A级基于ARM(advanced RISC machines)的全数字机器人VPPA焊接电源.主电路采用双逆变拓扑结构,初级逆变电路采用全桥拓扑,次级逆变电路采用双半桥并联拓扑;以基于Cortex-M4内核的STM32F405RGT6 ARM微处理器为主控芯片,植入FreeRTOS嵌入式实时操作系统,设计了机器人VPPA焊接过程数字化控制系统;采用自适应模糊免疫PID控制算法实现电流闭环控制,获得了稳定的电流输出波形;设计了基于ARM的数字面板,实现了人机交互的数字化.结果表明,研制的机器人VPPA焊接电源动态调节性能优良,焊接过程稳定可靠,焊缝成形良好.