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基于DSP的电阻焊机电源控制电路设计


电阻焊是一种重要的焊接工艺,具有生产效率高、成本低、节省材料和易于自动化等特点,被广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车、轻工等工业。近年来,随着汽车和制罐等制造业的迅速发展,专用电阻焊机也得到了空前的发展,逐步趋向自动化和机器人化。焊接控制电源是电阻焊机系统中的一个重要组成部分,由于电力电子技术的快速进步,中频直流逆变电阻焊接电源作为一种新型的控制电源,以其显著的高质低耗的特点成为电阻焊电源的发展方向。

电阻焊

  逆变控制型大功率直流电源,是一种节能,高效,结构简单的电源。但是,目前功率过小,焊接技术不是很好,焊接质量得不到保证等问题[2]。其关键是功率开关管的开关损耗大。既浪费了电能,又影响了逆变电路工作的可靠性。因此,在大功率电阻点焊直流电源中如何克服和减小开关损耗成了一个重要问题[6]。当前国内的逆变电源电阻焊机多用模拟控制,控制电路相当复杂,维修困难,且整机体积大[1]。而国外许多厂家研制的数字化电阻焊机,焊接自动化水平高,质量可靠,但是价格非常昂贵。针对这个问题,本文将DSP(TMS320LF2407A)控制技术应用于逆变电阻焊机的研究中,以保证逆变电阻焊机的静、动特性品质,同时进一步体现逆变电阻焊机的轻巧、节能,安全、可靠的保护等特点。本文介绍的基于DSP的大功率中频逆变电阻焊电源设计是一个很好的问题解决方案。

  中频逆变电源

  中频逆变直流电阻焊机的供电电源是由三相工频交流电源经整流电路和滤波电容变成直流电源,再经由功率开关器件组成的逆变电路变成中频方波电源,然后输入变压器降压后经低管压降的大功率二极管整流成直流电源,供给焊机的电极对工件进行焊接(1所示)。逆变器通常采用电流反馈实现脉宽调制(PWM)获得稳定的恒定电流输出。电路原理和波形

  根据变压器基本公式U = kfNSBm ,其中:U-变压器输入电压,f-输入电压的频率,N-变压器匝比,S-变压器有效导磁面积,Bm-磁芯较高工作磁密。可以看出,当变压器输入电压及磁感应强度较大值一定时,提高输入电压的频率可以减少绕组匝数与减小铁芯截面积,而变压器的体积主要由 N S 决定,因此,提高逆变器的频率可以使电源大幅度缩小体积和重量,从而节约大量铜和磁性材料[1]。同时由于逆变频率的提高使二次整流输出的脉动频率提高,可以使用更小的滤波电抗就能达到较好的效果,从而可以减小输出滤波电抗体积和输出回路的时间常数,配合控制回路,就可以大大提高逆变电源的动态响应速度,满足不同的焊接工艺的要求。逆变直流电源具有优越的技术经济指标,因而成为逆变电源颇具有发展前途的方向。


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