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随着电力电子技术、数字技术及控制论的发展,全数字化的逆变弧焊电源成为焊接设备的最新发展趋势。全数字化控制的弧焊逆变电源就是将逆变技术和数字化控制技术相结合。这种新型的焊接电源不仅体积小,电气性能稳定、焊接效果好、控制精度高,而且容易大规模集成,推动了焊接产业的迅速发展。 本文设计了一台以逆变拓扑结构为主电路和以数字化控制器为控制电路的全数字化焊接设备,来适应现代工业生产的需求。 根据设计要求,本文确定了全数字化焊机主电路由输入整流滤波电路、逆变电路、中频变压器、输出整流电路组成,逆变频率选为20KHz。全数字化焊机主电路为全桥谐振逆变结构,该全桥谐振逆变结构主电路采用软开关技术。主电路图设计完成后利用PSpice仿真工具对主电路逆变拓扑结构进行仿真,仿真结果表明:采用软开关技术的主电路逆变拓扑结构设计解决了传统硬件开关方式存在大量耗费能量的缺点。 为了实现全数字化,本文选取dsPIC30F4011为主控芯片,该芯片最大的特点是可直接产生 PWM信号以及高速的运算能力,相比于传统的模拟技术,减少了产生 PWM信号的外围电路;高速的运算能力大大提高了程序运行效率。芯片 dsPIC30F4011内置有 EEPROM,利用该特性可将需要记忆的参数写入该内存中,相比于传统的设计记忆外围电路而言,该技术既稳定又方便。在对最小系统电路、电流/电压采样电路、驱动电路、保护电路、开关电源电路和显示电路等电路图设计完成后,为了缩减电路设计周期,高效完成设计,利用multisim仿真工具对其中几个电路进行仿真,仿真结果表明:采样电路的设计合理有效,激励源给定的电流值或电压值经过采样电路后,送到数码管显示,显示值与激励源给定值一致;保护电路的设计正常有效,激励源给定一定范围的信号送给保护电路进行监测,当某个时刻给定的信号超过保护电路的阀值时,保护电路终端立刻给出一个高平信号,此高平信号输送到芯片中断端口,使焊机马上做出保护焊机动作,即关闭主电路输出。仿真完成后,根据设计的电路图进行电路搭建,经过实际测验,控制系统各个电路达到了设计要求。 本文设计了以RS-232C为通讯接口与计算机进行数据通讯。计算机通讯软件采用visual basic语言进行设计,主控芯片在运行时可实时接收来自计算机的指令和参数,用于调整焊机输出状态。此设计实现了焊机的远程监控。 设计的全数字化焊接设备采用逆变技术和数字信号控制器,大大减小了设备的体积,实现了高精度控制。对焊机测试结果表明:驱动信号符合 IGBT驱动要求;PI的控制实现了多种外特性输出;焊机达到了预期技术目标。