油田节能逆变弧焊电源系统的研究

【摘要】：节能是我国不可忽视的问题，随着油田建设的不断发展，金属焊接设备的需求量日益增大，社会上的需求量更是可观，弧焊设备的耗电所占的比重较大，其节能问题显得十分突出。针对目前弧焊设备的现状和特点，结合当前弧焊电源研究的进展，本文拟研究一种油田节能逆变弧焊电源系统，就是为满足油田工程建设对直流逆变电焊机的需要，从节能、可靠性、提高焊接工艺的适应性方面，满足焊接工艺过程的动特性和静特性的要求，为油田服务，为社会服务。 本文从焊接电源要求直流输出400A出发，综合电路结构、可靠性及经济效益等方面，采用IGBT作为电力电子器件组成单端正激式逆变主电路，利用小功率的IGBT并联型式、两路逆变弧焊电源并联来满足大容量输出的要求。 该系统的控制电路采用脉宽调制技术（PWM），PWM调制器采用典型的集成电路SG3525。该系统的工作特点为，在焊接电弧正常工作时采用PWM控制方式，设定逆变频率为20kHZ,并进行恒流外特性控制；系统在空载时由于采用电压反馈控制使PWM调制器间断地输出脉冲，间歇振荡的频率低而脉冲宽度窄，不但空载损耗小，而且使变压器不易饱和；系统对焊接电弧的短路过程采用了短路分频的控制方式，并进行短路电流的控制。系统还采用了小给定值和最小脉宽控制电路，使焊接容易起弧、焊弧稳定、焊接特性好。 本系统为确保可靠工作和安全运行，设置了软起动、过电压、过电流和过热等保护环节。系统采用了磁耦隔离器件，将主电路和控制电路之间进行了良好的隔离，防止了主电路对控制电路的干扰，使控制电路更加稳定可靠。系统研制完成，并通过了试验，试验效果良好。另外还对模糊控制技术在逆变弧焊电源的具体应用进行了初步的研究和有益的探索。 【关键词】：手工弧焊电源 逆变电路 脉宽调制 电力电子器件
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG434
【目录】：

• 目录6-8
• 第一章 概述8-19
• 1.1 油田应用手工弧焊电源的概况8-9
• 1.2 电弧及其特性9-12
• 1.3 手工焊接对弧焊电源的要求12-16
• 1.4 本文的研究内容16-19
• 第二章 主电路及系统控制方案19-32
• 2.1 逆变弧焊电源的特点19-20
• 2.1.1 逆变弧焊电源的基本工作过程19
• 2.1.2 逆变弧焊电源的特点19-20
• 2.2 逆变弧焊电源主电路的选择20-24
• 2.2.1 功率电子开关器件的选择20-23
• 2.2.2 逆变电源主电路的选23-24
• 2.3 逆变主电路的工作原理24-26
• 2.3.1 逆变主电路的结构组成24-25
• 2.3.2 逆变主电路的工作原理25-26
• 2.4 节能逆变弧焊电源系统26-30
• 2.4.1 逆变电源的调节机制26-28
• 2.4.2 逆变弧焊电源系统28-30
• 2.5 小结30-32
• 第三章 系统控制电路32-48
• 3.1 系统电气特性的调节原理32-36
• 3.1.1 外特性32
• 3.1.2 调节特性32-36
• 3.2 脉宽调制电路36-41
• 3.2.1 电路组成及各部分功能36-40
• 3.2.2 电路原理及各点波形40-41
• 3.3 系统的保护电路41-43
• 3.3.1 软起动环节41-42
• 3.3.2 过电压保护42
• 3.3.3 欠压保护42
• 3.3.4 过热保护42-43
• 3.3.5 过电流保护43
• 3.4 系统的驱动电路43-45
• 3.5 信号的综合及调节电路45-47
• 3.6 小结47-48
• 第四章 电气元件、系统的调试及性能分析48-56
• 4.1 主要电气元件的制作、选择48-49
• 4.2 系统的调试49-50
• 4.3 系统可靠性能分析50-53
• 4.4 系统控制性能分析53-55
• 4.5 小结55-56
• 第五章 系统的主要技术数据及其特点56-58
• 5.1 系统的主要技术数据56-57
• 5.2 系统的特点和创新点57-58
• 第六章 弧焊电源的模糊控制58-69
• 6.1 概述58-59
• 6.2 弧焊电源的模糊控制技术59-68
• 6.2.1 硬件设计59-60
• 6.2.2 模糊控制器的设计60-67
• 6.2.3 短路模糊控制微机控制的实现67-68
• 6.3 小结68-69
• 第七章 结论69-70
• 参考文献70-72
• 参加科研及发表论文的情况说明72-73
• 致谢73

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