永磁无源焊机逆变电源主电路及驱动电路研制

论文摘要

在我国高速铁路、西气东输和西电东送等工程建设中,都需要在野外进行焊接作业,但作业地点一般较为偏远,多数没有电网电源可供直接利用或附近虽有电网电源,也需花费数小时进行拉线、收线,不仅耽误时间且不方便。因此,重量轻、体积小的永磁无源中频焊机替代有源焊机在上述场合的焊接中得到了广泛的使用。但由于永磁中频焊机内部的发电机只能输出500-600Hz的交流电,其频率和幅值不同于市电。因此,施工现场不少需用市电进行供电的其它设备如：泥浆泵、焊接质量测试仪、电动角向磨光机等均不能利用焊机电源进行工作,给整个焊接施工作业带来诸多不便。在这种情况下,受焊机生产厂家的委托,在其提出项目技术要求和条件的前提下为其研制急需的永磁无源中频焊机逆变电源。技术要求如下：输出为工频50Hz方波电压,电压有效值230V左右,具有抗强干扰、抗恶劣环境、抗强过流启动及操作简单等功能。根据项目的技术要求和条件,完成过程中有以下几个创新点：1、提出以PWM方式并利用3525内部误差放大比较环节直接完成系统逆变兼稳压的功能,有效解决了输入相电压在96-130V之问大幅波动时输出电压稳定在230V±5%V的问题；2、用电感储能滤波方式取代电容滤波方式,有效解决了方波输出条件下反馈取样环节对PWM脉宽变化不敏感问题；3、利用焊接绕组的电压为逆变器控制电路供电,并利用其电压的波动幅值作为逆变锁定的动作门坎,极好地解决了焊接与辅助电源两绕组之间互锁难的问题,大大提高了焊机内部两个供电系统的工作可靠性。本文在绪论部分阐述了本项目的国内外现状、技术要求、以及本项目的主要工作。在此基础上对完成本项目有关的理论,如电力电子技术的发展、电压型方波逆变器、工频方波输出电压的稳压方式选择及关键电路设计等作了论述；围绕项目的实施和项目的技术要求,主体部分对逆变电源主电路和驱动电路的拓扑结构设计、电路原理、功率开关器件参数计算、功率开关器件的选择、主电路中功率开关器件的保护进行周密详细的论述；在控制电路上,简要论述了所设计的PWM脉冲产生电路和PWM脉冲控制电路的原理及电路关键芯片。最后,介绍了整个逆变电源现场调试过程,给出实测波形,并对实测波形进行了分析和探讨。通过实测波形看出,本项目达到了目标要求,证明电路设计的正确性,并准备产品量产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外现状
• 1.3 项目的技术要求、条件及本文的主要工作
• 1.3.1 项目的技术要求、条件
• 1.3.2 本文的主要工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 方波逆变器的理论基础
• 2.1 电力电子技术的概述
• 2.1.1 电力电子技术的发展
• 2.1.2 电力电子技术展望
• 2.2 方波逆变器
• 2.2.1 电压型推挽式方波逆变器
• 2.2.2 电压型半桥方波逆变器
• 2.2.3 电压型全桥方波逆变器
• 2.3 工频方波输出电压的稳压方式选择及关键电路设计
• 2.3.1 移相控制稳压
• 2.3.2 脉宽调制稳压及关键电路设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 逆变电源主电路及驱动电路设计
• 3.1 永磁无源中频焊机逆变电源主电路方案
• 3.2 主电路中不可控整流滤波电路
• 3.2.1 不可控整流滤波电路的拓扑结构及工作原理
• 3.2.2 不可控整流滤波电路元件选择及参数计算
• 3.2.3 三相桥式不可控整流电路的散热设计
• 3.3 主电路中方波逆变电路
• 3.3.1 方波逆变器拓扑结构的选择
• 3.3.2 方波逆变器功率开关器件的选择、参数计算及功率开关器件的保护
• 3.3.2.1 功率开关器件的选择
• 3.3.2.2 IGBT的参数计算
• 3.3.2.3 主电路中IGBT的电保护
• 3.3.2.4 主电路中IGBT的散热及过热保护
• 3.4 驱动电路的设计
• 3.4.1 TLP250芯片工作原理及电路功能介绍
• 3.4.2 TLP250外围电路
• 3.4.2.1 TLP250供电电源的设计
• 3.4.2.2 栅极电阻的确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 逆变电源控制电路设计
• 4.1 PWM脉冲产生电路
• 4.2 PWM脉冲控制电路
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统调试及波形分析
• 5.1 脱机调试
• 5.1.1 辅助供电源电路调试及波形测试
• 5.1.2 PWM脉冲产生电路调试及波形分析
• 5.1.3 驱动电路调试及波形分析
• 5.1.4 PWM脉冲控制电路调试
• 5.2 联机调试
• 5.2.1 空载联机调试及波形分析
• 5.2.2 带阻性负载联机调试及波形分析
• 5.2.3 带阻感负载联机调试及波形分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录