基于SiC器件的快频脉冲TIG焊接电源研究

发布时间：2021-11-04 19:20

　　传统的脉冲钨极惰性气体保护焊（Tungsten Inert Gas Welding,简称脉冲TIG焊）以电弧稳定、零飞溅、焊接质量高、可焊金属范围广等优势而受到广泛应用,但其同时存在脉冲频率较低、电弧能量不集中、热输入量较大等问题,容易导致焊缝的热影响区增大、晶粒变粗大以及力学性能降低。快频脉冲TIG焊接方法能够提高电弧收缩程度,改善能量密度和提高电弧挺度,有望可以解决传统脉冲TIG焊接方法存在的不足,已成为脉冲TIG焊接领域的研究热点之一。但是,在快频脉冲TIG焊中加入的高频调制电流会对焊接电源产生强烈电磁干扰,极易出现焊接电流不稳定、高频段电弧控制效果差等问题,尤其是对功率半导体器件的不利影响更甚,如何提升焊接电源的稳定性是优化快频脉冲TIG焊的关键所在。传统硅（Si）基功率器件的开关性能难以满足新一代高性能焊接电源的应用要求,而第三代宽禁带碳化硅（SiC）功率器件特别适用于高温、高频高压、抗辐射和大功率等应用场合,在提高焊接电源整体性能方面具有极大的潜力。为此,本文采用新型SiC功率器件来研制满足快频脉冲TIG焊工艺需求的全数字化高性能焊接电源。论文首先分析了快频脉冲TIG焊接的... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 快频脉冲TIG焊接技术研究进展
        1.2.1 快频脉冲TIG焊接技术介绍
        1.2.2 快频脉冲TIG焊接电源研究进展
        1.2.3 快频脉冲TIG焊接工艺研究进展
    1.3 SiC功率器件的研究及进展分析
        1.3.1 SiC功率器件与Si功率器件比较分析
        1.3.2 SiC功率器件在电源应用中解决的关键问题
        1.3.3 SiC功率器件在电源应用中的研究进展
    1.4 课题研究的主要内容
第二章 SiC快频脉冲TIG焊接电源主电路设计
    2.1 焊接电源主电路总体方案设计
        2.1.1 焊接电源主电路拓扑选择
        2.1.2 焊接电源拓扑分析
    2.2 焊接电源主电路设计
        2.2.1 三相整流滤波电路设计与分析
        2.2.2 高频变压器设计与计算
        2.2.3 SiC功率器件选型与分析
        2.2.4 RC吸收电路设计与分析
        2.2.5 输出滤波电抗设计
    2.3 焊接电源切换电路设计
        2.3.1 切换开关IGBT的设计与分析
        2.3.2 防反灌二极管选型
    2.4 本章小结
第三章 SiC快频脉冲TIG焊接电源数字化控制系统设计
    3.1 焊接电源控制系统总体设计
    3.2 焊接电源控制软件设计
        3.2.1 总体任务控制程序流程设计
        3.2.2 波形控制程序设计
    3.3 PWM输出驱动控制设计
        3.3.1 PWM信号隔离放大输出电路
        3.3.2 SiC MOSFET驱动电路及控制
        3.3.3 切换开关IGBT驱动电路及控制
    3.4 ADC采样及反馈控制设计
        3.4.1 ADC采样反馈外围电路
        3.4.2 数字PID控制算法
    3.5 高频高压脉冲引弧控制
        3.5.1 引弧控制方法分析
        3.5.2 抗干扰措施
    3.6 本章小结
第四章 快频脉冲TIG焊电弧特性基础分析
    4.1 快频脉冲电弧收缩机理探讨
        4.1.1 电磁收缩力
        4.1.2 电磁动压力
        4.1.3 电场收缩力
    4.2 电弧仿真分析
        4.2.1 脉冲电流频率对电弧收缩的影响分析
        4.2.2 脉冲电流频率对电弧压力的影响分析
    4.3 电流模式对TIG电弧形态的研究分析
    4.4 本章小结
第五章 SiC快频脉冲TIG焊接电源测试与工艺试验
    5.1 焊接电源试验平台介绍
        5.1.1 焊接电源系统搭建
        5.1.2 焊接电源试验平台搭建
    5.2 焊接电源波形及性能测试
        5.2.1 驱动波形测试
        5.2.2 高频变压器波形测试
        5.2.3 输出特性测试
    5.3 SiC快频脉冲TIG焊接工艺试验
        5.3.1 基值电流值ID对焊缝成形影响
        5.3.2 主电流值Im对焊缝成形影响
        5.3.3 主电流占空比对焊缝成形影响
        5.3.4 脉冲电流模式对焊缝成形影响
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]新一代SiC MOSFET脉冲MIG逆变焊接电源研制[J]. 吴健文,范文艳,谢芳祥,叶春显,王振民.  电焊机. 2018(11)
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[3]超高频脉冲TIG焊电弧形态分析[J]. 黄鹏飞,丁斌,胡伊通,周震国,卢振洋.  焊接学报. 2018(02)
[4]不同电流密度下的TIG焊电弧行为分析[J]. 张晓鸿,陈静青,张康,马朋召,陈辉.  焊接学报. 2017(12)
[5]超音频复合脉冲GMAW电源设计[J]. 王强,齐铂金,王义朋,郑敏信.  北京航空航天大学学报. 2017(10)
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[7]水下机器人局部干法焊接系统[J]. 王振民,谢芳祥,冯允樑,张芩.  焊接学报. 2017(01)
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博士论文
[1]小电流脉冲TIG焊接电源及电弧物理特征的研究[D]. 刘强.北京工业大学 2012
[2]全数字脉冲逆变焊接电源控制策略与应用的研究[D]. 段彬.山东大学 2010
[3]小电流脉冲TIG弧的高频特征[D]. 牛永.天津大学 2010

硕士论文
[1]基于SiC的水下机器人局部干法焊接电源研究[D]. 谢芳祥.华南理工大学 2018
[2]热输入变化对AZ镁合金TIG焊接接头组织和力学性能的影响[D]. 李洋.重庆大学 2015
[3]高频逆变电阻点焊电源的研制[D]. 周华飞.华南理工大学 2015
[4]数字化高压引弧式TIG焊机的研制[D]. 段然.北京工业大学 2006



本文编号：3476308