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在国内,主流弧焊逆变电源频率在20~30kHz左右,虽然表现出较好的电气性及焊接工艺性,但是还存在着分辨率不高、精度不够、动态响应慢等问题。而通过进一步提高逆变电源的频率不仅可以提高动态响应速度、功率密度及电弧稳定性,还可以进一步减少了变压器的体积和重量,节约材料和节省电能。为了达到上述目的,设计了一套逆变频率为100kHz的弧焊逆变电源。主要工作如下:
设计了高频弧焊逆变电源的主电路拓扑结构,对主变压器、输出滤波电感进行了设计和制作,就输入滤波电容、输出滤波电容进行了计算与选择,根据本课题的开关频率与输出功率要求,选择了合适的功率器件和输出整流二极管。并对弧焊逆变电源的各元器件进行合理的安装和布线。
针对传统的以单片机为控制核心的逆变弧焊电源存在运算速度慢、实时性差等不足,考虑电源精确控制的需要,采用DSP芯片dsPIC30F6010为控制核心,设计了完整的硬件电路。dsPIC30F6010的采用大大简化了电源的硬件电路。采用基于芯片UC3879的相移PwM 软开关技术,提高了系统的可靠性,并设计了以TX-KB102为核心的驱动电路。
针对高频弧焊电源的可靠性问题,论文从多个方面进行了研究。具体包括主电路电磁干扰问题,软件抗干扰问题,功率器件的保护措施,变压器的制作及其漏感和偏磁问题。
由于所研制的弧焊逆变电源频率比较高,要求功率器件开关速度快,在综合考虑额定功率和开关速度的前提下,分别尝试了IGBT和MOSFET两种方案,对逆变电源的主变压器初次级电压波形进行了测试。实验表明,在IGBT作为逆变电源功率器件时,初次级电压波形幅值不连续,幅值变化大,且正负半周伏秒积也不同。在MOSFET作为逆变电源功率器件时,变压器电压波形正负半波对称,无偏磁现象,电压尖峰小。当功率管为MOSFET时,空载下对开关管状态进行了分析,结果表明无论超前桥臂或滞后桥臂都能实现零电压开关。