多相可控硅焊接電源數(shù)字化控制及電能質(zhì)量研究.pdf

1、論文針對可控硅氣體保護焊接電源相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，以提高焊接電源系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、工藝性為設(shè)計理念，提出了一種新型的可控硅焊接電源主電路形式—帶平衡電抗器的十二相可控整流電路，研究采用數(shù)字化的控制技術(shù)實現(xiàn)焊接電源系統(tǒng)的精度相控。 論文研究的帶平衡電抗器的十二相可控整流電路利用星形和三角形兩種不同的接法，相差30°的三相全橋式六脈波整流電壓經(jīng)平衡電抗器并聯(lián)輸出，來獲得一個十二脈波的整流電壓，三角形連接的繞組與星形連接的繞組匝數(shù)比

2、為√3：1，其電壓矢量相隔30°。論文研究分析雙反星形可控整流電路和十二相可控整流電路的工作情況，并通過傅立葉級數(shù)分解得到相應整流電路在控制角α=0時整流電壓ud的形式。實驗觀察了()整流電路控制角α=30°和60°的整流輸出電壓波形，同時采用脈動()、紋波系數(shù)γω以及限制輸出電流脈動時的電抗器電感Lm三個指標來評價，說明十二相整流電路的整流輸出電壓更平穩(wěn)、脈動更小，完全適合于焊接電源主電路，并可以提高焊接工藝性能，并為焊接電源的研究提

3、供了一個新的平臺和嘗試新的方向。 論文在分析了十二相焊接電源控制系統(tǒng)信號流的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于DSP和CPLD聯(lián)合控制的數(shù)字化十二相可控硅焊接電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。研制的數(shù)字化十二相焊接電源系統(tǒng)在高集成度數(shù)字化硬件平臺上通過DSP和CPLD的軟件編程實現(xiàn)可控硅焊接電源的數(shù)字控制，為焊接電源系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化、柔性化、智能化控制提供了優(yōu)質(zhì)、可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。 論文設(shè)計了基于DSP和CPLD聯(lián)合控制的十二相焊接電源功率可控硅數(shù)字觸發(fā)

4、電路，提出DSP軟件編程實現(xiàn)可控硅移相時間控制和利用CPLD邏輯設(shè)計方法實現(xiàn)多路相控脈沖精度輸出。DSP通過CAP單元捕獲研究設(shè)計的與主變壓器次級星形繞組同向的同步變壓器次級輸出端3組繞組相電壓過零同步信號產(chǎn)生中斷，然后DSP通過片上定時器移相，輸出計數(shù)使能脈沖啟動以CPLD中軟件計數(shù)比較器工作，通過CPLDI/O口輸出數(shù)字脈沖觸發(fā)主電路功率可控硅，實現(xiàn)了DSP控制可控硅焊接電源主電路的數(shù)字觸發(fā)，觸發(fā)電路簡單、可靠。通過軟件編程控制觸發(fā)

5、脈沖移相時間的大小，控制精度可達0.2us、穩(wěn)定性好，各路觸發(fā)脈沖移相的一致性好，焊接電壓輸出穩(wěn)定性高。 論文構(gòu)建了基于LabVIEW虛擬儀器的焊接電源過程參數(shù)采集分析系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)之上對十二相可控硅電源和雙反星形電源短路過渡規(guī)范進行工藝對比實驗，統(tǒng)計電弧穩(wěn)定過程電信號參數(shù)，發(fā)現(xiàn)十二相電源在短路頻率、燃弧功和短路功等有代表性的電弧穩(wěn)定性特征方面要優(yōu)于雙反星形電源。對在相同焊接規(guī)范條件下十二相可控硅電源短路過渡頻率高于雙反星形電

6、源的實驗情況，以單位時間平均燃弧能量(即燃弧功率)為目標，探討了可控硅電源波頭能量，建立并分析了波形模型，同樣時間內(nèi)12脈波雙波頭能量要比6脈波單波頭能量高出7﹪，12脈波單波頭能量僅相當于6脈波單波頭能量的一半。提出可控硅電源是通過波頭一份份、不連續(xù)的能量施加方式，并且多相主電路的特點決定了能量施加的精細程度，從而影響燃弧能量的分布，最終反映在熔滴過渡的穩(wěn)定性和短路頻率的高低等方面，可控硅焊機整流脈波數(shù)目越多、越細密，對于熔滴過渡的穩(wěn)

7、定性越有益。綜合工藝性和電源設(shè)備的控制復雜及穩(wěn)定性，十二相可控硅焊接電源具有良好的電源穩(wěn)定性和焊接工藝性能。 論文建立研究弧焊電源電能質(zhì)量信號的軟硬件平臺，通過對諧波的理論分析和對可控整流功率因數(shù)影響因素：畸變系數(shù)和位移系數(shù)的分析，提出研究弧焊電源電能質(zhì)量的方法，并在此基礎(chǔ)之上對十二相焊接、雙反星形焊機和逆變焊機進行了電阻箱負載以及焊接過程中電網(wǎng)輸入信號采集分析試驗。通過LabVIEW軟件編程，分析了電網(wǎng)輸入信號的幅頻譜，計算對