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IGBT逆变弧焊电源电气特性模拟与试验研究

作　者: 耿琳琳
导　师: 吴志生
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 电气特性 IGBT 逆变 弧焊电源
分类号: TG434.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


焊接电源是向焊接电弧提供电能的一种装置，电弧焊机的核心。弧焊电源的电气特性对焊接质量有重要的影响。电源外特性、动特性及焊接参数调节特性的优劣，直接影响电弧和焊接过程的稳定性。本文阐述了逆变弧焊电源国内外现状和弧焊电源电气特性的研究现状，指出了IGBT逆变弧焊电源电气特性研究的目的与意义。本课题采取模拟与试验相结合的方法，研究IGBT逆变弧焊电源的电气特性，用以提高弧焊电源的电气性能。在模拟上，通过IGBT逆变弧焊电源的原理，确定出理想的全桥式逆变主电路和移相PWM的控制方式，并对所定的选主电路的主要元器件进行了理论计算和选择。借助MATLAB/Simulink软件建立了IGBT逆变弧焊电源主电路的模型，通过仿真验证了所设计的主电路的主要元器件参数的合理性，设计满足IGBT逆变弧焊电源具有调节特性的要求。运用MATLAB/Simulink软件建立了PWM控制系统的仿真模型，模拟了IGBT弧焊电源焊接时所需要的恒压、恒流和恒流带外拖等各种外特性。分析了几种常见的焊接方法所需要的外特性，并给出了各自的软件实现方式。仿真分析了脉冲焊的几种常用外特性对弧焊电源性能的影响。在试验上，通过测试福尼斯TransPuls Synergic4000焊机手工电弧焊、MIG焊的外特性，通过和仿真结果进行比对，验证了仿真的真实性；为了进一步分析实际焊机的电气性能，借助汉诺威分析仪采集TPS4000焊机脉冲气保堆焊时的引弧过程、焊接过程以及收弧过程的电流和电压波形，分析总结了在不同设置下，焊接峰值电流、基值电流、频率等参数的变化规律。结果表明，所设计的IGBT逆变弧焊电源能够很好地按照要求，输出焊接所需的各种电源电气特性。能够为国内焊机的研究与开发提供可靠的数据依据。

全文目录


中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 逆变弧焊电源的现状及发展  10-13
    1.1.1 逆变弧焊电源的国外现状  11-12
    1.1.2 逆变弧焊电源的国内现状  12-13
    1.1.3 逆变弧焊电源的发展方向  13
  1.2 弧焊电源电气特性研究  13-15
    1.2.1 弧焊电源外特性  13-14
    1.2.2 弧焊电源动特性  14-15
  1.3 计算机仿真在逆变弧焊电源中的应用  15
  1.4 课题的主要研究内容  15-18
第二章 IGBT 逆变弧焊电源主电路的设计  18-28
  2.1 IGBT 逆变弧焊电源系统基本工作原理  18-19
  2.2 主电路的设计  19-20
    2.2.1 输入整流电路的选取  19
    2.2.2 逆变电路的选取  19-20
    2.2.3 输出电路的选取  20
  2.3 电路主要元器件的参数计算  20-26
    2.3.1 中频变压器的设计与占空比的确定  21-22
    2.3.2 输入整流电路的设计与计算  22-23
    2.3.3 逆变电路的设计与计算  23-25
    2.3.4 输出整流电路的设计与计算  25-26
  2.4 本章小结  26-28
第三章 IGBT 逆变弧焊电源电气特性的仿真研究  28-46
  3.1 主电路系统的建模和仿真  28-32
    3.1.1 主电路系统的建模  28-30
    3.1.2 主电路系统的仿真  30-32
  3.2 控制系统的建模和仿真  32-39
    3.2.1 电压电流采样的建模和仿真  32-33
    3.2.2 恒压外特性的建模和仿真  33-34
    3.2.3 恒流外特性的建模和仿真  34-36
    3.2.4 恒流带外拖外特性的建模和仿真  36-39
  3.3 各种焊接方法的实现  39-41
  3.4 脉冲焊方法的实现和仿真  41-44
    3.4.1 脉冲 TIG 焊的仿真  41-42
    3.4.2 脉冲 MAG/MIG 焊的仿真  42-44
  3.5 本章小结  44-46
第四章 IGBT 逆变弧焊电源电气特性试验研究  46-66
  4.1 外特性测试研究  46-49
    4.1.1 TPS4000 焊机  46-47
    4.1.2 电源外特性测试方法  47
    4.1.3 手工电弧焊外特性的测试研究  47-48
    4.1.4 MIG 焊外特性的测试研究  48-49
  4.2 脉冲 MAG 焊电气特性研究  49-63
    4.2.1 测试方法及实验条件  49-50
    4.2.2 测试数据类型及其意义  50-52
    4.2.3 试验数据分析  52-63
  4.3 本章小结  63-66
第五章 结论  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
攻读学位期间发表的学术论文目录  74-75

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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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