新型自适应节能电火花脉冲电源的研究

【摘要】： 脉冲电源是电火花装置的重要部分,其电参数的输出特性直接决定着电火花加工的性能指标,改善其性能对于节能和提高加工性能有重要意义。本文在对国内外脉冲电源的工作原理、控制策略和加工性能利弊分析的基础上,针对不能有效利用能源和放电电流爬坡和拖尾等弊端,结合本实验室的研究成果,创新地提出了新型自适应节能电火花脉冲电源的设计方案。 新型自适应节能脉冲电源延用了电感元件取代限流电阻的节能思路,针对放电电流问题,研究了新的电路结构和控制方式。建立了电压电流双闭环结构:电压闭环控制功率提供端电压稳定,抗电压扰动;电流闭环控制主回路电感电流,设计了自适应控制器,保证电流稳定,解决爬坡和拖尾现象。 研究了新型自适应节能脉冲电源的电路结构、工作原理和自适应电流控制原理及其控制策略,提出了高低压回路的AC/DC变换器、功率变换装置、控制策略和系统加工时序控制器的实现方案。系统实现了:加工电流基本稳定;放电脉宽、脉间、放电电流的独立大范围可调;电能利用率大大提高。 对电路进行了PCB设计,包括线路板上器件的布局设计、布线设计、抗干扰设计;利用Matlab中的Simulink仿真工具实现了动态系统建模、仿真和分析,证明了系统的可行性,并优化了系统设计、缩短了设计周期。 对系统进行了基于计算机的数字化设计,实现了数据采集、监控、数据存储分析、电流闭环数字控制器和加工时序数字控制等。 实验结果:本电源放电加工电流稳定、节能效果显著。 【关键词】：电火花加工 脉冲电源 稳流 稳压 节能
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG661
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-10
• 第1章 前言10-15
• 1.1 课题来源及研究目的和意义10-15
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究目的10
• 1.1.3 研究意义10-11
• 1.1.4 电火花脉冲电源的国内外研究现状11-13
• 1.1.5 课题的主要研究内容13-15
• 第2章 新型自适应节能EDM电源电路结构和控制策略15-26
• 2.1 节能型脉冲电源的研究15-18
• 2.1.1 采用逆变结构的调压型节能脉冲电源结构和原理15-16
• 2.1.2 电流型脉冲电源的电路拓扑设计现状16-18
• 2.2 新型自适应节能EDM脉冲电源的研究18-25
• 2.2.1 新型自适应节能EDM脉冲电源的电路结构和工作原理18-20
• 2.2.2 新型自适应节能EDM脉冲电源的控制策略20-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 新型自适应节能EDM电源监控系统设计26-53
• 3.1 基于LabVIEW的监控系统程序设计26-39
• 3.1.1 采集系统驱动程序设计27-31
• 3.1.2 系统交互式人机监控界面程序的设计31-33
• 3.1.3 数据显示与分析33-34
• 3.1.4 放电功率与能量的检测34-36
• 3.1.5 参数设定36-38
• 3.1.6 设备操作台38-39
• 3.2 基于LabVIEW的电流闭环控制器设计39-46
• 3.2.1 电流闭环数字PID控制器的程序设计39-43
• 3.2.2 基于模糊理论的自适应PID控制器的设计43-46
• 3.3 加工时序控制器设计46-52
• 3.3.1 基于LabVIEW的软定时时序控制器设计47-49
• 3.3.2 使用8253 定时器的时序控制器设计49-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 AC/DC变换装置的设计53-69
• 4.1 低压回路AC/DC变换器的设计53-66
• 4.1.1 半桥DC/DC变换器的结构设计53-54
• 4.1.2 变换器的磁设计54-61
• 4.1.3 控制器及其参数设计61-65
• 4.1.4 主要器件的选择65-66
• 4.2 高压回路AC/DC变换器设计66-67
• 4.3 辅助电源设计67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 主回路功率转换电路的硬件设计69-80
• 5.1 功率开关管的设计69-73
• 5.1.1 功率开关管的选择69
• 5.1.2 功率管的驱动69-70
• 5.1.3 MOS管的并联70-71
• 5.1.4 功率管的保护设计71-73
• 5.2 电流闭环电感的设计73
• 5.3 回路电流检测电路73-74
• 5.4 电流闭环PWM波控制器的设计74-79
• 5.4.1 电流闭环PWM波控制的工作原理74-75
• 5.4.2 控制器外围电路75-77
• 5.4.3 控制器参数设计77-78
• 5.4.4 保护设计78-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第6章 PCB板和抗干扰设计80-86
• 6.1 印刷电路板（PCB）的设计80-82
• 6.1.1 器件的布局设计80-82
• 6.1.2 线路板的布线设计82
• 6.2 主要抗干扰措施82-85
• 6.2.1 屏蔽抗干扰措施83
• 6.2.2 隔离抗干扰措施83-84
• 6.2.3 滤波抗干扰措施84
• 6.2.4 其它抗干扰措施84-85
• 6.3 本章小结85-86
• 第7章 电路仿真和工艺实验86-95
• 7.1 产生PWM波形的Matlab仿真模型及相关波形86-88
• 7.2 主电路仿真模型和波形分析88-92
• 7.2.1 主电路总体仿真模型88-89
• 7.2.2 电火花加工时电流回路仿真模型89-90
• 7.2.3 电火花加工间隙时电流回路仿真模型90-92
• 7.3 工艺实验92-94
• 7.4 本章小结94-95
• 第8章 结论95-97
• 参考文献97-102
• 致谢102-103
• 个人简历及在学期间的研究成果103

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