IGBT双逆变式方波交流TIG焊机研究

发布时间：2017-07-20 12:11

  本文关键词：IGBT双逆变式方波交流TIG焊机研究

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【摘要】：随着镁、铝及其合金在生产生活中的使用范围越来越大,迫切需要对这种金属材料的焊接技术进行进一步的深入研究和改进。本次设计从材料焊接时的各项要求和常见难点出发,结合焊机的功能,应用模拟电路为控制核心设计了IGBT双逆变式方波交流TIG焊机,以提高铝、镁合金的焊接性、获得优质的焊接接头。本文详细说明了IGBT双逆变式方波交流焊机各部分的设计过程,对焊机的各元件、模拟控制电路、高频引弧装置和抗干扰措施等进行了详细介绍。文中还对焊机电路的设计要点、元器件的选择和参数计算做了详细说明。焊机控制系统以模拟电路为核心,控制方式为脉冲宽度调制PWM,通过模拟控制电路驱动IGBT开关元件来实时控制电源的电流波形、幅值等参数。模拟控制电路输出的控制量由滤波电路滤波整定、调整后,由控制核心元件SG3525给出两路脉冲信号,然后分别通过集成元件M57959L、TLP250进行比较放大后驱动前后级IGBT元件,最终得到焊接用电流。通过线性霍尔传感器实时采集焊接电流,经放大缓冲后反馈到电路中,实现对瞬时电流的实时调节控制。本文通过试验,对焊机电源的工作原理、电路控制、可靠性和抗干扰性进行了系统的分析,列明了试验过程中的相关数据。针对焊接过程中的氧化、气孔、变形、焊缝性能降低等问题,研究出了相应的解决方式,同时根据模拟电路的特点和过流、过热等常见故障有针对性的设计了保护电路。分析了影响焊机正常工作的各方面干扰因素及其产生的原因,并做了相应的抗干扰措施。通过实际空载调试和静负载调试发现,本次设计的焊机主电路设计合理,,抗干扰能力好,控制系统元件少、电路简单、使用方便,焊接电流、占空比、电流缓降时间、脉冲频率等参数均可分别进行调节,可输出预定的焊接参数及多种外特性,能进行多种复杂条件下的焊接,能够很好的对铝镁及其合金进行焊接,得到优良的焊接接头。针对焊机工作中的参数预置、数据存储和输出波形的控制等有关问题,本文提出了完善的建议,为今后铝、镁合金焊接技术的发展及焊接电源的深入研究奠定了良好的基础。
【关键词】：IGBT 方波交流 双逆变 TIG 模拟电路
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG434.5
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 铝镁及其合金的焊接性能11-12
• 1.2 方波交流TIG焊的提出12-13
• 1.3 逆变式弧焊电源13-16
• 1.3.1 逆变式弧焊电源的概念13
• 1.3.2 逆变弧焊电源的优点13-16
• 1.4 弧焊电源的研究现状16-19
• 1.4.1 国外弧焊逆变电源研究现状16-17
• 1.4.2 国内弧焊逆变电源研究现状17-19
• 1.4.3 弧焊逆变电源的发展趋势19
• 1.5 方波交流TIG焊接逆变电源设计思想、方案与目标19-21
• 第2章 双逆变式方波交流TIG焊机主电路设计21-33
• 2.1 主电路总体设计21-25
• 2.1.1 逆变电路拓扑结构的选择21
• 2.1.2 开关元件的选择21-23
• 2.1.3 逆变频率的确定23-24
• 2.1.4 TIG焊机的主电路结构24-25
• 2.2 高频变压器的设计25-27
• 2.2.1 焊机高频变压器设计要点25-27
• 2.2.2 焊机高频变压器参数确定27
• 2.3 输入滤波电容的选择27-28
• 2.4 IGBT的选择28-31
• 2.4.1 IGBT的特性28-29
• 2.4.2 IGBT的参数选择29-30
• 2.4.3 IGBT的使用注意事项30-31
• 2.5 输出滤波电感设计31
• 2.6 吸收电路与抗干扰电路31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 双逆变式方波交流TIG焊机控制电路设计33-52
• 3.1 基本模拟电路的简介33-35
• 3.2 模拟控制系统的设计要求35-36
• 3.3 模拟控制系统的工作原理36-37
• 3.4 模拟控制电路的硬件组成37-46
• 3.4.1 运算放大电路为主的电源板37-38
• 3.4.2 脉宽调制电路38-40
• 3.4.3 IGBT驱动电路40-44
• 3.4.4 数据采集电路44-45
• 3.4.5 保护电路45-46
• 3.5 高频引弧装置设计46-51
• 3.5.1 高频引弧器的工作原理47-48
• 3.5.2 高频引弧器的参数设计48-49
• 3.5.3 高频引弧器的控制电路设计49-50
• 3.5.4 TIG焊接逆变电源的时序控制50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第4章 系统的抗干扰设计52-59
• 4.1 电磁干扰的来源与抑制电磁干扰的原则52
• 4.2 硬件抗干扰设计52-57
• 4.2.1 电源干扰的抑制53-54
• 4.2.2 模拟控制电路的抗干扰设计54-55
• 4.2.3 空间干扰的抑制55-56
• 4.2.4 印刷电路板的抗干扰设计56-57
• 4.3 模拟控制电路抗干扰设计57-58
• 4.3.1 模拟量采集58
• 4.3.2 开关量输入输出58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 系统调试结果59-65
• 5.1 脱机调试59-61
• 5.1.1 系统调试59
• 5.1.2 驱动波形测试59
• 5.1.3 保护电路测试59-61
• 5.2 联机调试61-64
• 5.2.1 空载联机调试61-62
• 5.2.2 静负载波形测试62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录71

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