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逆变式变极性TIG焊电源的研究

作　者: 陈玉喜
导　师: 朱锦洪
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 钨极氩弧焊 变极性 双逆变 IGBT
分类号: TG434.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


针对铝及其合金对焊接设备及工艺的特殊要求,铝合金交流TIG焊的发展先后经历了正弦波交流TIG、方波交流TIG和变极性TIG几个阶段。变极性TIG焊具有输出电流频率、占空比、正负半波电流幅值均可独立调节的特点,能满足阴极雾化作用和减少钨极烧损的要求,成为当前TIG焊中用于铝及其合金材料焊接的最佳方法。基于此,本文设计了逆变式变极性TIG焊电源,对电源系统进行了调试,并对调试过程的波形进行了分析。电源的主电路采用输出功率较大的全桥式双逆变结构,选取绝缘栅极型晶体管IGBT为主控开关功率转换器件。主电路系统由输入整流滤波电路、一次全桥逆变电路、高频变压器、输出整流滤波电路、二次全桥逆变电路组成。文中对主电路各个组成部分涉及的元件进行了详尽的参数设计和选取,并对二次逆变电路的工作过程进行了分析。针对逆变式变极性TIG焊电源的特点进行控制电路的设计。一次逆变控制采用脉宽调制型调节(PWM)方式控制输出电流的大小,对输出电流的采样结果经运算放大器LM324放大比较,完成PI调节后的控制量送入脉冲宽度控制器TL494,经脉宽调制控制电路输出两路互不重叠的触发脉冲,再送入驱动电路,经IGBT专用驱动模块EXB841进行功率放大后触发一次逆变功率开关管,获得平滑的直流输出,以实现前级恒流源的功能。二次逆变控制采用555时基电路构成脉冲发生器,产生频率和正负半波导通时间分别独立调节的方波信号,经反相电路产生两路相位差为180°的方波信号,再经死区时间控制电路和正负半波幅值调节电路,得到两路频率、正负半波导通时间及幅值独立可调且具有一定死区时间要求的触发脉冲,送入驱动电路,经功率放大后驱动二次逆变开关管的开通与关断,实现电流波形的转换,得到满足焊接工艺要求的变极性波形。针对IGBT的过热和过流保护问题,本文设计了相应的保护电路。通过系统调试,对该电源的主电路及控制电路中的相应波形进行了测试分析,对一次逆变部分的外特性进行了实验研究,对实际焊接过程中的波形进行了测试分析,结果表明,该电源可获得电流频率、占空比、正负半波幅值均可独立可调的变极性波形,设计结构合理,器件工作可靠,控制系统运行良好,达到了预期设计目标。最后对焊后试样的金相组织、成形状况和钨极烧损情况进行了观察,结果表明,在焊接参数选取适当的情况下,电源能满足阴极雾化作用和减少钨极烧损,降低焊接缺陷发生。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 选题意义  8
  1.2 铝合金交流TIG 焊  8-13
    1.2.1 正弦波交流TIG 焊  9-10
    1.2.2 方波交流TIG 焊  10-12
    1.2.3 变极性TIG 焊  12-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-15
第2章 主电路设计  15-26
  2.1 整体设计  15
  2.2 一次逆变主电路的结构分析  15-16
  2.3 一次逆变主电路中主要元件设计  16-24
    2.3.1 高频变压器设计  16-18
    2.3.2 IGBT 的选择  18-20
    2.3.3 输入整流滤波电路设计  20-22
    2.3.4 输出整流滤波电路设计  22-24
  2.4 二次逆变主电路分析与设计  24-26
    2.4.1 二次逆变主回路工作过程分析  24
    2.4.2 二次逆变主回路参数设计  24-26
第3章 控制电路的设计  26-40
  3.1 一次逆变控制电路  26-32
    3.1.1 脉宽调制电路  26-29
    3.1.2 PI 调节电路  29
    3.1.3 时序控制电路  29-32
  3.2 二次逆变控制电路  32-35
    3.2.1 方波发生及反相电路  32-33
    3.2.2 死区时间控制电路  33-34
    3.2.3 正负半波幅值调节电路  34-35
  3.3 IGBT 驱动及保护电路  35-38
    3.3.1 IGBT 驱动要求  35-36
    3.3.2 IGBT 驱动电路设计  36-37
    3.3.3 IGBT 保护电路设计  37-38
  3.4 直流稳压电源设计  38-40
第4章 逆变式变极性 TIG 焊电源电路试验  40-50
  4.1 概述  40
  4.2 逆变主电路波形测试  40-46
    4.2.1 IGBT 开关管电路实验  40-41
    4.2.2 功率变压器的测试  41-43
    4.2.3 输出波形分析  43-46
  4.3 驱动电路波形测试  46-50
    4.3.1 一次逆变控制电路波形分析  46-47
    4.3.2 二次逆变控制电路波形分析  47-50
第5章 逆变式变极性 TIG 焊电源工艺试验  50-56
  5.1 概述  50
  5.2 前级恒流源外特性试验  50-51
  5.3 逆变式变极性TIG 焊电源焊接试验  51-56
    5.3.1 焊接过程波形测试  51-53
    5.3.2 焊接试样金相观察  53-54
    5.3.3 焊接成形及钨极烧损情况观察  54-56
第6章 结论  56-57
参考文献  57-61
致谢  61-62
攻读硕士学位期间的研究成果  62

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接设备 > 电弧焊设备 > 电源设备
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