基于Simulink的全桥逆变弧焊电源的建模与仿真--《昆明理工大学》2010年硕士论文
基于Simulink的全桥逆变弧焊电源的建模与仿真
【摘要】：焊机是生产加工领域中的重要设备,而逆变焊机作为焊机产品的主流发展方向,涵盖了焊接工艺、电弧物理以及电力电子等多门学科知识；另一方面,大功率逆变技术现在已成为电力电子学中最活跃、最前沿的研究领域之一。本文基于以上的考虑,对逆变弧焊电源电路及其控制电路的建模与仿真进行了研究与尝试,并在基础理论、电路结构、控制技术、计算机仿真等方面做了一系列工作。
.本文首先对弧焊电源的发展与研究方向做出了介绍。包括了弧焊电源在主电路结构,控制方式,电子元器件与材料,建模与仿真技术方面的进展,‘并指出了弧焊逆变电源研究的发展趋势,同时对弧焊电源的建模与仿真的意义做出了一定的说明。
在本文中,基于对成功应用于弧焊逆变电源的各种主电路结构的分析与比较,选择了全桥逆变电路作为逆变电源主电路,同时,由于认识到电流型控制方式具有较快的动态响应和良好的控制性能,并可以防止变压器直流偏磁和抑制主功率开关器件的瞬态过流,从而选取该控制方式应用于逆变电源中。
在本文中,对弧焊电源硬件电路的设计包括了主电路,IGBT驱动电路,保护电路的设计。进一步细分又包括输入、输出滤波电路的设计,逆变电路的设计,反馈电流、电压采样电路的设计,欠压、过压保护电路和软启动电路的设计等等。通过硬件电路的设计,以此为基础,建立全桥电路等效模型并设计出模拟控制器,对模拟控制算法离散化,得出数字算法。计算得出电压、电流控制器控制参数,在此基础上,通过simulink建立仿真模型,进行仿真实验,得到仿真结果,以此验证理论正确性。
本论文对弧焊逆变电源全桥电路进行了参数计算与选型,建立电路仿真模型,设计实现了模拟电压电流控制系统,并通过simulink进行仿真得出仿真结果。
【关键词】：
【学位授予单位】：昆明理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：TG434.1【目录】：
摘要3-4Abstract4-6目录6-8第一章 绪论8-12 1.1 弧焊逆变电源的发展8 1.2 逆变电源研究方向8-9
1.2.1 可靠性的提高8-9
1.2.2 控制的数字化9
1.2.3 控制的精细化9
1.2.4 低电网污染9 1.3 弧焊电源建模与仿真的研究背景及意义9-10 1.4 弧焊逆变电源全桥电路系统10 1.5 主要研究内容和任务10-11 1.6 本章小结11-12第二章 弧焊逆变电源硬件电路设计12-37 2.1 弧焊电源设计参数指标12-27
2.2.1 输入滤波电容的计算13-15
2.2.2 主开关管的计算与选型15-16
2.2.3 高频变压器设计16-23
2.2.4 输入输出整流二极管的计算与选型23-26
2.2.5 输出滤波电感值的计算26-27 2.3 IGBT驱动电路的选择27-32 2.4 反馈信号隔离采样电路设计32-34
2.4.1 电流反馈信号隔离采样电路设计32-33
2.4.2 电压反馈信号隔离采样电路设计33-34 2.5 保护电路34-36
2.5.1 过欠压保护电路34-35
2.5.2 软启动电路35-36
2.5.3 PWM保护电路36 2.6 本章小结36-37第三章 全桥电路闭环控制系统设计37-54 3.137-45
3.1.1 全桥电路开关状态的等效37-39
3.1.2 全桥电路模拟信号模型建立39-45 3.2 全桥电路控制系统45-47 3.3 电流控制器47-49 3.4 电压控制器49-50 3.5 电压、电流控制器算法离散化50-53
3.5.1 连续域-离散化方法原理50-51
3.5.2 电流控制器连续域-离散化51-52
3.5.3 电压控制器连续域-离散化52-53 3.6 本章小结53-54第四章 Simulink下模型仿真实验与结果54-62 4.1 焊接电弧及其对逆变电源的基本要求54-57
4.1.1 对弧焊电源的基本要求54
4.1.2 弧焊电源-电弧稳定性54-55
4.1.3 对弧焊电源外特性要求55-56
4.1.4 对弧焊电源空载电压的要求56
4.1.5 对弧焊电源稳态短路电流的要求56
4.1.6 调节性能56-57
4.1.7 对弧焊电源动特性要求57 4.2 控制器模型的建立与仿真57-61
4.2.1 确定控制参数57
4.2.2 输出15V、600A时控制器模型建立与仿真57-59
4.2.3 输出15V、400A时控制器模型建立与仿真59-61
4.2.4 稳定工作状态输出36V、400A时控制器模型的建立与仿真61 4.3 本章小结61-62结论62-63致谢63-64参考文献64-68附录68
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弧焊电源的设计及Matlab仿真介​绍​了​开​关​电​源​的​优​点​和​大​功​率​弧​焊​电​源​的​结​构​,​给​出​了​以​D​S​P​芯​片​为​控​制​器​的​大​功​率​弧​焊​电​源​的​设​计​方​法​。​同​时​,​详​细​介​绍​了​弧​焊​电​源​主​回​路​的​设​计​方​案​和​主​回​路​中​主​要​元​件​的​选​型​,​并​且​对​元​件​参​数​的​选​择​给​出​了​具​体​的​计​算​方​法​,​并​应​用​M​a​t​l​a​b.仿​真​工​具​对​主​回​路​建​模​并​进​行​仿​真​,​得​到​了​与​设​计​要​求​相​符​合​的​实​验​结​果​,​通​过​对​仿​真​结​果​的​分​析​验​证​了​设​计​方​案​的​可​行​性​。
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