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基于多网态窄间隙弧焊电源的PFC技术研究

基于多网态窄间隙弧焊电源的PFC技术研究

作者：谢忠奇上海电机学院

学位级别：硕士

窄间隙焊作为焊接技术中先进的制造技术,在现代工业制造业中有着举足轻重的作用,其中弧焊电源是最为重要的组成部分。为了符合国际标准,越来越多的国家规定弧焊电源必须加入功率因数校正电路。此外,不同国际地区的电网供电电压有所不同... 详细信息

窄间隙焊作为焊接技术中先进的制造技术,在现代工业制造业中有着举足轻重的作用,其中弧焊电源是最为重要的组成部分。为了符合国际标准,越来越多的国家规定弧焊电源必须加入功率因数校正电路。此外,不同国际地区的电网供电电压有所不同,存在着单相、三相多网态供电应用场景。弧焊电源作为一种制造工具,在销售到不同国家和地区时需要考虑到电网压力和规范方面的差异。因此,弧焊电源的设计必须考虑到全球不同地区的电网压力波动,特别是在多网态供电情况下需要实现其调节特性。为了解决这些问题,需要重新进行功率因数校正(Power Factor Correction)电路的仿真和设计优化。本文首先描述了谐波的概念以及相关危害,对功率因数校正技术研究现状进行了简明的介绍。然后对各种PFC电路拓扑结构进行了列举,并分析对比了它们各自的优点以及缺点,综合设计要求以及成本考量后确定主电路拓扑结构为三相双开关PFC电路,详尽的分析该电路的工作原理,推导出了输入输出电压关系,建立了变换器的平均状态模型。其次介绍了系统参数的设计,包括开关管的选择、主电路升压电感和输出电容,为后续仿真设计提供数据参考。总结了目前PFC电路中常用的控制策略,分别介绍了峰值电流法、滞环电流法、平均电流法和基于二阶广义积分器锁相环(SOGI-PLL)控制方法并分析了其优缺点。确立单相和三相PFC电路控制策略后,在理论基础上,采用MATLAB/SIMULINK工具箱中分别搭建了以SOGI-PLL控制的单相PFC电路和以电压电流双闭环控制的三相PFC电路的仿真模型,并对不同范围内的单相电压输入以及三相电压输入分别进行了仿真研究。最后,搭建了符合设计要求的测试样机和试焊平台,分别对单相、三相不同输入条件下的结果进行验证,给出了相关实验分析以及测试结果,验证了理论分析的可行性。

关键词：功率因数校正窄间隙 Boost变换器弧焊电源多网态

基于相关与时耗复合维归约的弧焊电源动特性自适应在线监测

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焊接学报 2012年第4期33卷 17-20,113-114页

作者：高理文薛家祥陈辉王瑞超林放华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 广州中医药大学信息技术学院广州510006

提出了相关与时耗复合维归约方法,可实现多种弧焊电源动特性自适应在线监测.其核心思想是从一个大的特征库中选择出最贴近监测对象的若干特征.该方法充分考虑特征间的相关性,以及在线监测的时效性.搭建了较为完善的焊接试验数据采集平台... 详细信息

提出了相关与时耗复合维归约方法,可实现多种弧焊电源动特性自适应在线监测.其核心思想是从一个大的特征库中选择出最贴近监测对象的若干特征.该方法充分考虑特征间的相关性,以及在线监测的时效性.搭建了较为完善的焊接试验数据采集平台,共采集189次焊接过程的电压电流数据作为样本,并以人工评定结果作为文中维归约方法教师信号,即类的标签.随机选择150个样本组成训练集,剩余39个组成测试集.运用文中维归约方法的寻找最优的特征子集.结果表明,找到的最优特征子集的自动化评定准确率达97.435 9%,接近应用要求.

关键词：弧焊电源在线监测维归约

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弧焊电源课程实验教学创新设计与平台研制

中国现代教育装备 2023年第11期 56-59页

作者：王鹏朱浩冯梦楠石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043

基于焊接专业高素质人才培养需要,针对弧焊电源课程实验教学资源匮乏现状,围绕工程教育专业认证理念和新工科课程改革思想,创新设计了稳态特性测定、动态波形测量和系统结构测绘三个模块的实验教学内容,并自主研制了相应的实验教学平台... 详细信息

基于焊接专业高素质人才培养需要,针对弧焊电源课程实验教学资源匮乏现状,围绕工程教育专业认证理念和新工科课程改革思想,创新设计了稳态特性测定、动态波形测量和系统结构测绘三个模块的实验教学内容,并自主研制了相应的实验教学平台。实践表明,创新性实验设计对学生课程学习起到了良好的促进作用,具有较好的应用推广价值。

关键词：弧焊电源实验教学创新设计平台研制

基于小波分析的CO_2弧焊电源工艺动特性的评定

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机械工程学报 2002年第1期38卷 112-116页

作者：张晓囡李俊岳李桓杨立军黄石生天津大学材料科学与工程学院天津300072 华南理工大学

在阐述了信号（函数）的奇异性检测及其与小波变换模极大值关系的基础上，针对熔滴短路过渡的ＣＯ２焊焊接电流信号，研究了信号局部奇异性的小波分析检测方法，选择了合适的小波函数，提取了焊接电流信号的波形特征。通过弧焊电源工艺... 详细信息

在阐述了信号（函数）的奇异性检测及其与小波变换模极大值关系的基础上，针对熔滴短路过渡的ＣＯ２焊焊接电流信号，研究了信号局部奇异性的小波分析检测方法，选择了合适的小波函数，提取了焊接电流信号的波形特征。通过弧焊电源工艺动特性的测试试验表明，由所提取的电流信号波形特征的概率密度分布图中，能够得到与电源工艺动特性相关的特征信息，验证了小波分析方法对提取电源工艺动特性的评定特征信息的有效性。

关键词：小波分析奇异性检测模极大值弧焊电源工艺动特性焊接 CO2焊

峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型及控制环路设计

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焊接学报 2016年第1期37卷 81-84,132-133页

作者：何亚宁成都熊谷加世电器有限公司成都611731

在研制一台输出功率20 k W,开关频率50 k Hz的全数字控制脉冲MIG/MAG逆变弧焊电源DPS-500时,为了提高系统的控制精度和动态响应,采用了峰值电流模式PSFB-ZVS PWM主电路拓扑.运用平均开关建模法,建立PSFB-ZVS PWM变换器的功率级在CCM下... 详细信息

在研制一台输出功率20 k W,开关频率50 k Hz的全数字控制脉冲MIG/MAG逆变弧焊电源DPS-500时,为了提高系统的控制精度和动态响应,采用了峰值电流模式PSFB-ZVS PWM主电路拓扑.运用平均开关建模法,建立PSFB-ZVS PWM变换器的功率级在CCM下的小信号模型.推导峰值电流模式控制部分的小信号模型,最终建立峰值电流模式PSFB-ZVS PWM逆变弧焊电源的完整小信号模型.推出斜率补偿的设计原则,设计了PI频率补偿器.小信号模型的解析计算结果与通过Simplis小信号频域分析工具软件获得的频域响应一致.

关键词：逆变弧焊电源峰值电流模式平均开关建模小信号模型

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逆变弧焊电源峰值电流模式双闭环控制系统

焊接学报 2005年第10期26卷 14-18页

作者：方臣富殷树言侯润石于明王进成江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室江苏镇江212003 北京工业大学机电学院北京100022 凯尔达电焊机有限公司杭州310018

采用电压模式单闭环控制系统的逆变弧焊电源,系统动态响应速度慢,不能对主电路功率器件进行实时电流控制,中频变压器无抗偏磁能力,因此可靠性较差。所研制的逆变弧焊电源采用双闭环控制系统,内环实现了在每个开关周期对功率器件的峰值... 详细信息

采用电压模式单闭环控制系统的逆变弧焊电源,系统动态响应速度慢,不能对主电路功率器件进行实时电流控制,中频变压器无抗偏磁能力,因此可靠性较差。所研制的逆变弧焊电源采用双闭环控制系统,内环实现了在每个开关周期对功率器件的峰值电流进行实时控制,提高了系统动态响应速度,消除了中频变压器偏磁现象;外环控制输出的平均电流,提高了输出电流的精度和系统的可靠性。

关键词：逆变弧焊电源峰值电流模式双闭环控制

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单端正激逆变式弧焊电源的输出功率

中国机械工程 1994年第1期5卷 7-9页

作者：朱志明都东张人豪李先耀清华大学

通过对单端正激逆变式弧焊电源的研究，提出其输出功率的数学表达式。研究表明，输入电路的型式和脉冲变压器的磁芯尺寸影响和限制逆变式弧焊电源的输出功率。同时，脉冲变压器漏感和输出整流二极管反向恢复时间的存在会导致输出脉宽的... 详细信息

通过对单端正激逆变式弧焊电源的研究，提出其输出功率的数学表达式。研究表明，输入电路的型式和脉冲变压器的磁芯尺寸影响和限制逆变式弧焊电源的输出功率。同时，脉冲变压器漏感和输出整流二极管反向恢复时间的存在会导致输出脉宽的减小，也影响逆变电源的输出功率。

关键词：弧焊电源输出功率单端正激逆变

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铝镁合金的数字化弧焊电源及专家数据库

焊接学报 2012年第5期33卷 1-4,107页

作者：薛家祥魏仲华龙鹏崔龙彬华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

研制了铝镁合金数字化弧焊电源,搭建了基于DSP和ARM的控制系统和人机交互系统,分析了数字化焊机系统和双脉冲控制流程,通过大量的大步距标定工艺试验研究,使得建立数字化双脉冲焊铝的专家数据库简明模块化.对矩形波、梯形波的双脉冲焊... 详细信息

研制了铝镁合金数字化弧焊电源,搭建了基于DSP和ARM的控制系统和人机交互系统,分析了数字化焊机系统和双脉冲控制流程,通过大量的大步距标定工艺试验研究,使得建立数字化双脉冲焊铝的专家数据库简明模块化.对矩形波、梯形波的双脉冲焊铝进行了不同电流下的焊接试验,由焊接波形与焊缝成形可知,焊接电流波形规整稳定,无断弧现象发生,飞溅少,焊缝呈美观、清晰的鱼鳞纹,通过调节低频调制频率来改变鱼鳞纹的宽度,达到了预设的成形要求.

关键词：铝合金数字化弧焊电源专家数据库大步距标定

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全数字智能脉冲弧焊电源系统设计与实现

焊接学报 2012年第8期33卷 105-108,118页

作者：段彬张承慧孙同景张光先山东大学控制科学与工程学院济南250061

高性能的焊接电源系统是满足脉冲焊接工艺、实现电弧精细控制、保证高质量焊接效果的关键.提出了全数字脉冲逆变弧焊电源的系统方案,阐述了电源主回路结构,详细描述了控制系统硬件电路设计,提出了基于VHDL的焊接工艺时序和焊接电弧稳定... 详细信息

高性能的焊接电源系统是满足脉冲焊接工艺、实现电弧精细控制、保证高质量焊接效果的关键.提出了全数字脉冲逆变弧焊电源的系统方案,阐述了电源主回路结构,详细描述了控制系统硬件电路设计,提出了基于VHDL的焊接工艺时序和焊接电弧稳定控制的主控系统软件设计方法和基于32位单片机的上位机功能定位,深入研究了可实现的抗干扰措施和提高系统实时性的方法.最后介绍了系统设计过程中所需的测试试验.结果表明,所设计的全数字智能脉冲弧焊电源具有较高的灵活性、抗干扰性和可靠性,能够满足苛刻的电弧特性要求,获得满意的焊接质量.

关键词：弧焊电源可编程门阵列硬件描述语言抗干扰