逆变式直流弧焊/切割电源的数字化控制

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焊/割电源是弧焊切割技术中最重要的部分之一,随着现代电力电子技术和自动控制技术的发展,焊/割电源不断的更新换代。如今,逆变式直流焊/割电源及其数字化实现已成为焊/割电源研究的热点,因此本文提出了集手工弧焊及空气等离子切割功能于一身的逆变式直流焊/割电源,并对其数字化控制进行了研究。  本文首先介绍了焊/割电源前级整流装置采用的基于自耦变压器的十二相整流电路,它可以有效减少整流器输入电流的总谐波含量,同时与传统的十二相整流器相比,大大减小了变压器的体积和重量。接着讨论了移相全桥 ZVS变换器的拓扑结构和工作原理,在此基础上提出了一种适合直流弧焊和空气等离子切割两用的移相全桥ZVS变换器拓扑结构,并详细介绍了电路中主要元器件参数的选取方法。  针对直流弧焊和空气等离子切割电源这两种特殊的开关电源,本文详细分析了它们对控制系统的特殊要求,并基于Buck电路和状态空间平均法建立了移相全桥ZVS变换器小信号模型,在此基础上给出逆变式焊/割电源控制系统整体结构、电路设计和软件流程。  文章介绍了逆变式焊/割电源的两种数字控制方式:电流闭环电压闭环并联切换控制方式和电压外环电流内环的双闭环控制方式。对于双环并联切换控制方式,分别采用了 PI控制和滑模变结构控制。对于双闭环控制方式,通过仿真分析证明了该方案的可行性。  在上述研究的基础上设计了一台20kW逆变式直流焊/割电源样机,并给出了实验结果。结果证明实验电源效率高、动静态特性好,采用双环并联切换控制方式时空载工况下电压恒定,负载工况下电流恒定,且具有陡降度高的外特性,满足这种多功能电源焊/割两用的要求。
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