电子束焊机数字高压电源系统的研究

发布时间：2017-11-03 11:27

  本文关键词：电子束焊机数字高压电源系统的研究

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【摘要】：本课题是某公司的项目“用于钢轨焊接的电子束焊机电源系统研制”中的一部分。电子束焊机高压电源系统的作用主要是用于给灯丝电源系统产生的电子加速,其性能决定着电子束焊接的焊缝质量和水平。随着电力电子功率器件、开关电源的电路拓扑、控制芯片和控制方式等的发展,高频化和数字化的高压直流电源日益成为电子束焊机未来发展应用的热点。本文首先对电子束焊机及其高压电源进行了简单的介绍,针对电子束焊机高压电源的应用场合和技术指标,在DC-DC直流变换电路的理论分析和比较的基础上,选用了全桥电路作为高压电源的主功率电路的拓扑结构,控制方式选用移相控制方式。由于采用了开关电路,如果开关功率器件工作在硬开关的状态下,在开通和关断时,会产生较大的开关损耗,而且容易产生尖峰电压、冲击电流等现象损坏开关器件。采用软开关技术则可以很好的避免以上问题,而且还可以提高工作效率。该高压电源的主电路供电选用380V、50Hz的市电,首先通过带电容滤波的三相不控整流电路,将380V、50Hz的市电整流成直流电源;然后通过逆变电路再将其逆变成20kHz的高频交流电供给高频升压变压器,逆变电路中选用IGBT作为逆变功率器件;高频变压器将电压升压到30kV,再由高频倍压整流电路将其倍压成电子枪所需的60 kV直流电压。论文中对主电路中各个电路的元器件进行了参数计算和选型,然后在Simulink平台上对其仿真,验证了设计方案的正确性。该电源的控制电路以DSP2812为控制核心,高压反馈信号经隔离采样电路分压采样,然后送至DSP处理,比较控制产生相应的PWM波,驱动逆变电路中的开关器件IGBT,改变对角PWM波的移相角,就可以调节输出电压的大小。论文中详细阐述了产生PWM波的生成方法,并在CCS平台上进行了编译、下载到DSP2812中调试,实验产生需要的PWM波。由于采用了高频逆变供电方式,使得升压变压器的体积和重量大大减小;采用软开关技术来消除开关管开关损耗大、尖峰电压等问题;结合DSP控制技术还可以达到对高压电源系统快速精确调压的目的。
【关键词】：电子束焊机 高压电源 软开关 DSP
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG439.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 概述9-12
• 1.2 电子束焊机在国内外的发展与研究现状12-15
• 1.2.1 国外发展与研究现状12-13
• 1.2.2 国内发展与研究现状13-15
• 1.3 电子束焊机高压电源系统的研究意义15-17
• 1.3.1 目前电子束焊机高压电源系统存在的主要问题15
• 1.3.2 本文的主要研究内容15-17
• 2 DC-DC直流变换电路的研究17-33
• 2.1 带隔离变压器的DC-DC直流变换电路17-26
• 2.1.1 单端正激式DC-DC变换电路17-19
• 2.1.2 单端反激式DC-DC变换电路19-20
• 2.1.3 推挽式DC-DC变换电路20-22
• 2.1.4 半桥式DC-DC变换电路22-23
• 2.1.5 全桥式DC-DC变换电路23-26
• 2.2 全桥式DC-DC变换电路的PWM控制方式26-29
• 2.2.1 双极性控制方式26-27
• 2.2.2 不齐尾双极性控制方式27
• 2.2.3 不对称控制方式27-28
• 2.2.4 移相控制方式28-29
• 2.3 移相全桥ZVS29-33
• 3 系统主电路设计及仿真33-45
• 3.1 主电路器件计算与选型33-41
• 3.1.1 带电容滤波的三相不控整流电路33-36
• 3.1.2 高频逆变电路36-38
• 3.1.3 高频变压器38-40
• 3.1.4 输出整流电路40-41
• 3.2 主电路的Simulink仿真41-45
• 3.2.1 Simulink简介41-42
• 3.2.2 主电路在Simulink上建模42
• 3.2.3 Simulink仿真结果42-45
• 4 控制系统设计45-54
• 4.1 控制电路的硬件设计46-48
• 4.1.1 隔离采样电路46-47
• 4.1.2 A/D保护电路47
• 4.1.3 隔离驱动电路47-48
• 4.2 控制系统的软件编程设计48-54
• 4.2.1 CCS简介48-49
• 4.2.2 移相全桥编程49-54
• 5 论文总结与展望54-56
• 致谢56-57
• 参考 文献57-59
• 攻读学位期间的研究成果59

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本文编号：1136007