新型大功率软开关等离子体逆变器的研究

大功率等离子体技术正在得到广泛应用。本研究应用和发展了一种采用激磁电感,配合漏感和分布电感,实现大功率软开关的新型全桥零电压开关电路拓扑,并将其应用于大功率等离子体逆变器的研究。成功地将电流注入移相控制技术和大功率软开关技术相结合,有效地解决了变压器偏磁和功率开关器件的保护问题,研制的新型大功率软开关等离子体逆变器实现了全范围软开关。     

拓扑参数对点焊逆变电源软开关的影响

应用Simplorer电路仿真软件，研究了新型辅助网络软开关逆变点焊电源主要电路参数变化对软开关的影响规律。结果表明，变压器漏感对超前桥臂零电压开关的作用很小，漏感值越大，滞后臂软开关范围越宽。谐振电容越大，软开关范围越窄。等效滤波电感的增加有益于扩大超前臂开关管的软开关范围，但却缩小了滞后臂开关管的软开关范围。在滞后臂辅助网络软开关点焊逆变电源中，随着辅助电感的加大，滞后臂开关管的软开关范围变窄；随着辅助电容的加大，滞后臂开关管的软开关范围变宽。     

新型大功率等离子喷涂逆变器的研究

提出一种新型的采用激磁电感实现软开关的电路拓补,并将其应用到等离子喷涂逆变器的研究中,分析了大功率软开关电路关键参数的设计原则。将电流注入移相控制技术与大功率软开关等离子喷逆变器的研究结果相结合,研制成功全范围大功率软开关的等离子喷涂逆变器。     

拓扑参数对点焊逆变电源软开关的影响

应用Simplorer电路仿真软件,研究了新型辅助网络软开关逆变点焊电源主要电路参数变化对软开关的影响规律。结果表明,变压器漏感对超前桥臂零电压开关的作用很小,漏感值越大,滞后臂软开关范围越宽。谐振电容越大,软开关范围越窄。等效滤波电感的增加有益于扩大超前臂开关管的软开关范围,但却缩小了滞后臂开关管的软开关范围。在滞后臂辅助网络软开关点焊逆变电源中,随着辅助电感的加大,滞后臂开关管的软开关范围变窄;随着辅助电容的加大,滞后臂开关管的软开关范围变宽。     

移相控制全桥零压零流软开关功率变换器谐振过程分析和参数设计方法

移相控制全桥软开关功率变换器广泛应用于各种电弧焊接与切割电源。针对焊接电弧的宽负载工作范围,为实现全负载范围的滞后臂功率器件软开关,对变压器一次侧串联饱和电感和隔直电容的移相控制全桥软开关功率变换器的谐振工作过程进行了深入的理论分析,提出实现滞后臂功率器件软开关的饱和电感设计准则,并对不同脉冲宽度和负载电流下的滞后臂功率器件软开关状态进行了仿真研究,验证了理论分析的正确性。在理论分析和仿真研究的基础上,给出了饱和电感总磁通和隔直电容大小的参数设计和选取方法。     

全负载范围零压零流软开关焊接逆变电源

在对典型全桥软开关功率变换电路进行研究与分类的基础上,提出并设计分析了采用辅助谐振网络的全负载范围零压零流软开关全桥功率变换电路拓扑.通过采用死区时间自适应调节的移相控制方法,使移相控制的死区时间与受电路能量影响的谐振过程协调配合,实现了超前臂功率器件全负载范围的零压开通和效果良好的近似零压软关断.同时,针对全桥移相功率变换电路滞后臂软开通和软关断在全负载范围难以兼顾的问题,提出了零电压与零电流技术相结合的软开关实现方法,通过多种辅助措施的协调配合,实现了滞后臂功率器件全负载范围的零压开通和零压与零流相结合的软关断.     

新颖不对称半桥零电流逆变式弧焊电源

提出了一种新型的不对称半桥零电流准谐振型逆变电源，给出了谐振元件的计算方法。计算机仿真结果表明这种逆变电源具有软开关范围宽、效率高的优点。     

谐振式软开关弧焊逆变电源

研制的谐振式软开关弧焊逆变电源，主电路采用新型LCL结构，控制系统选用恒频移相调脉宽控制方案。介绍了此种弧焊电源的主电路原理，对其工作过程进行了分析。通过仿真及试验对比得出：新型LCL主电路能充分地利用变压器漏感，并能消除占空比丢失；还介绍了系统基本结构、电路及其工作原理，主要包括UC3875电路设置、电弧电压电流反馈电路、IGBT驱动电路；对研制的电源进行了调试及工艺试验。结果表明，焊机工作稳定，控制电路工作性能稳定可靠，具有良好的抗干扰能力，而且软开关范围宽，比较适合于钨极氩弧焊电源。     

新型LCL谐振软开关弧焊逆变电源主电路数学建模

介绍了新型LCL谐振软开关逆变弧焊电源主电路与基本LCL型的区别，建立了新型LCL谐振逆变弧焊电源主电路稳态数学模型，并运用了Matlab进行了数值求解，将数学模型的计算结果与试验结果做对比，从而验证了数学模型的正确性。这种弧焊电源不仅具有串联谐振在整个负载范围内效率高的特点，而且拓宽了软开关的范围。解决了占空比丢失的问题。     

焊接设备——熔焊设备

在对典型全桥软开关功率变换电路进行研究与分类的基础上,提出并设计分析了采用辅助谐振网络的全负载范围零压零流软开关全桥功率变换电路拓扑。通过采用死区时间自适应调节的移相控制方法,使移相控制的死区时间与受电路能量影响的谐振过程协调配合,实现了超前臂功率器件全负载范围的零压开通和效果良好的近似零压软关断。     

基于DSP的软开关逆变式双丝高速脉冲焊装备

将脉冲焊、软开关逆变、嵌入式控制及现场总线通信技术等有机地结合,研制了协同控制的Tandem型双丝高速焊装备.脉冲电源主电路采用饱和电感并充分利用励磁能量拓宽软开关范围,针对双丝脉冲焊电弧形态、熔滴过渡及电源外特性和动特性的要求,提出基于电流峰值模式的双闭环控制模式,设计了基于DSP与μC/OS-II的占先式嵌入式控制系统;利用CAN现场总线通信技术解决了双丝脉冲焊两路输出同相、反相与随机三种形式的协同控制问题.结果表明,电源性能满足设计要求,双丝高速脉冲焊接过程稳定、焊缝成形好、飞溅小、变形小.     

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.     

软开关逆变式双丝高速脉冲焊电源

将软开关技术、脉冲焊技术和总线通信技术等有机结合,研制了协同控制的Tandem型双丝脉冲MAG焊电源。脉冲焊接电源主电路采用饱和电感并充分利用励磁能量拓宽软开关范围,针对双丝脉冲焊电弧形态、熔滴过渡及电源外特性和动特性的要求,提出了基于电流峰值模式的双闭环恒电流和恒电压控制模式,并进行了分析与设计;利用SOC单片机C8051F020和RS485总线通信技术实现了双丝脉冲焊的数字化协同控制,解决了双丝高速焊两路输出脉冲同步、反相与随机输出形式的协同控制。试验表明,电源性能满足设计要求,高速焊接过程稳定、焊缝成形好、飞溅小、变形小。     

基于DSP的脉冲GMAW焊数字化控制系统

针对脉冲GMAW焊工艺要求,采用32位数字信号处理器TMS320F2812建立了基于DSP的数字化控制系统,实现了电流和弧长的双闭环全数字控制,取得了良好的控制性能.控制系统利用DSP内部集成的PWM产生模块,通过选择合适的工作方式实现了软开关主电路四路移相PWM信号的直接数字化控制.给出了系统控制原理及程序流程图,脉冲峰值和基值阶段采用变参数的数字PI控制,使得电流快速跟随给定信号,同时采用模糊控制方法对弧长进行闭环控制.结果表明,所设计的脉冲GMAW焊全数字控制系统满足设计要求,输出电流波形一致性好,可以实现快速、稳定的弧长调节,焊接过程稳定,焊缝成形美观.     

双零软开关弧焊逆变电源

全桥零压零流脉宽调制变换器在全桥零电压脉宽调制变换器中增加一隔直电容，使原边电流在箝位续流时段很快的衰减到零并保持，固定臂的功率器悠扬是零电流开关，移相臂的功率器件是零电压开关。这关，这样，一方面使具有关断拖尾电流特性的IGBT可以很容易的用到全桥软开头变换器中，另一方面大大减少了变换器的附加环路能量，同时具有小的占空比损失，低的副边寄生振荡和宽的软开关切换的负负载范围等优点。最后，采用上述研究成果研制了一台10kW级采用FB-ZVZCS-PWM变换器的软开关弧焊逆变电源样机，温升试验表明，研制的软开关焊机的温升比同类型的硬开关焊机的温升低近20℃，大大减少了焊机的开关损耗，同时，由于焊机的功率元件是零开关，大大减少了器件的电压，电流应力，使弧焊逆变电源的可靠性得以大幅度提高。     

软开关谐振过程稳定性分析与PWM控制波形优化

在移相控制全桥功率变换器的软开关谐振过程解耦分析基础上,针对电源启动和焊接电弧负载频繁剧烈的动态变化过程,提出了一种"1-2-1"的余弦模式PWM控制波形.根据数字信号处理(DSP)的数字化脉冲宽度调制(PWM)生成原理,设计实现了基于"1-2-1"余弦模式的移相PWM控制波形,并进行了控制效果的试验验证.结果表明,采用此模式对全桥功率变换器进行移相PWM控制,不仅可以满足电源输出特性对PWM控制有效占空比的要求,而且可以保证超前臂并联谐振网络和变压器原边串联谐振网络的软开关谐振过程的动态稳定性,保持功率器件在电源启动和负载动态变化过程中的软开关状态.     

软开关双电弧共熔池脉冲GMAW焊装备关键技术

双电弧共熔池脉冲GMAW焊集高速高效、优质和自动化于一体,近来备受重视,但国内对此研究不多.本文在系统分析双丝脉冲GMAW焊电弧形态、熔滴过渡以及熔池行为的基础上,对双电弧共熔池脉冲GMAW焊系统实现的关键问题如电源类型、动特性、外特性、控制模式、协同控制方式、双丝焊枪设计以及送丝系统等进行了较深入的探讨.     

双电弧共熔池脉冲GMAW电源的复合外特性

利用自行研制的双电弧软开关脉冲GMAW装备,从弧长控制、熔滴过渡以及焊缝成形等角度对双电弧脉冲GMAW三种复合外特性进行了试验研究.结果表明,主机I-I,从机I-I复合外特性的熔滴过渡均匀,可控性好,但电弧自调节作用较差,适合薄板高速焊接;主机U-I,从机U-I复合外特性的熔滴过渡可控性欠佳,但电弧自调节作用较强,较适合大参数厚板焊接;主机I-I,从机U-I复合外特性中主机的熔滴过渡可控性好,电弧自调节能力有限,从机的电弧自调节作用较强,但熔滴过渡可控性欠佳.     

具有全遥控功能的逆变MAG/CO2焊机

针对国内使用的MAG/CO2焊机普遍缺乏全面的遥控功能,就如何用最简单、可靠的方法实现焊机功能的全面遥控提出了自己的见解和具体解决方案,同时介绍了NB-500L全遥控逆变MAG/CO2焊机的工作原理和设计思路,分析了软开关逆变电路的工作原理和NB-500L焊机电弧特性控制的设计方案,并已经付诸实施.     

双零软开关逆变弧焊电源的系统建模与仿真

为了克服硬开关式逆变弧焊电源存在的开关损耗大以及过电流、过电压等影响,建立了双零软开关逆变弧焊电源系统,分析了系统的工作原理;利用Matlab r2006a软件分别建立了双零软开关电路系统与硬开关系统的仿真模型,并对系统的特性进行了仿真.通过与硬开关系统的对比分析可以看出,软开关系统实现了超前臂的零电压开通和滞后臂的零...