直接電流控制雙pwm焊接電源的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種直接電流控制雙PWM焊接電源，涉及電的程序控制系統(tǒng)或裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。所述電源包括PWM整流器IPM、PWM逆變器、中頻變壓器、輸出整流器、DSP、電壓采樣電路、電流/電壓反饋電路、PWM控制器以及驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。由于雙PWM焊接電源的前級(jí)采用全控器件替代由二極管構(gòu)成的不可控橋式整流器并增加了DSP進(jìn)行控制，有效降低了開(kāi)關(guān)損耗，提高輸入功率因數(shù)。結(jié)論實(shí)驗(yàn)證明研究的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)能有效抑制諧波并且提高功率因數(shù)效果明顯。
【專(zhuān)利說(shuō)明】直接電流控制雙PWM焊接電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電的程序控制系統(tǒng)或裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種直接電流控制雙PWM焊接電源。

【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)焊接電源的前級(jí)多為采用二極管整流的不可控橋式整流器，后接較大的電容濾波，當(dāng)焊接電源的負(fù)載為理想的穩(wěn)態(tài)負(fù)載時(shí)，具有這種電路結(jié)構(gòu)的整流器會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電流畸變，電流波形呈非連續(xù)的尖角波形，輸入電流的諧波分布為:單相為2n+l次，三相為6n 士 I次。實(shí)際焊接負(fù)載是變動(dòng)的，脈動(dòng)負(fù)載會(huì)對(duì)輸入電流產(chǎn)生調(diào)制作用，這時(shí)的輸入電流畸變不僅包含電路結(jié)構(gòu)造成的電流畸變，還包含有負(fù)載調(diào)制作用產(chǎn)生的電流畸變。負(fù)載調(diào)制作用使輸入電流的諧波分布發(fā)生明顯變化，出現(xiàn)了偶次諧波和直流分量，因?yàn)槎鄶?shù)供電系統(tǒng)中設(shè)置的濾波設(shè)備主要是針對(duì)3次、5次、7次和11次等特定次諧波。所以，偶次諧波和直流分量含量大就造成焊接電源對(duì)電網(wǎng)污染更為嚴(yán)重。焊接電源輸入電流的畸變不僅對(duì)電網(wǎng)造成污染，而且降低設(shè)備本身的功率因數(shù)，增加了設(shè)備對(duì)電網(wǎng)配備容量的要求，造成電網(wǎng)容量的浪費(fèi)。隨著人們對(duì)電網(wǎng)污染認(rèn)識(shí)的不斷加深以及相關(guān)諧波限制標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)和實(shí)施，解決焊接電源產(chǎn)生的輸入電流的諧波污染勢(shì)在必行。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種直接電流控制雙PWM焊接電源，所述電源通過(guò)使用雙PMW控制功率模塊和DSP控制器，有效降低了開(kāi)關(guān)損耗，提高輸入功率因數(shù)。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種直接電流控制雙PWM焊接電源，其特征在于:所述電源的輸入端與PWM整流器IPM的輸入端連接，所述PWM整流器IPM的輸出端依次經(jīng)PWM逆變器、中頻變壓器與輸出整流器的輸入端連接，所述輸出整流器的輸出端為電弧負(fù)載輸入端，所述PWM整流器IPM輸入端前的主電路分別經(jīng)相位同步電路和電流采樣電路與DSP的輸入端連接，所述PWM整流器IPM與PWM逆變器之間的主電路經(jīng)電壓采樣電路與DSP的輸入端連接，所述DSP的控制輸出端與PWM整流器IPM的控制端連接，所述輸出整流器的輸出端經(jīng)電流/電壓反饋電路與PWM控制器的輸入端連接，PWM控制器的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與PWM逆變器的控制端連接。
[0005]進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案在于:所述PWM整流器IPM輸入端的主電路上設(shè)有濾波電感。
[0006]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:由于雙PWM焊接電源的前級(jí)采用全控器件替代由二極管構(gòu)成的不可控橋式整流器并增加了 DSP進(jìn)行控制，有效降低了開(kāi)關(guān)損耗，提聞?shì)斎牍β室驍?shù)。結(jié)論實(shí)驗(yàn)證明研究的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)能有效抑制諧波并且提聞功率因數(shù)效果明顯。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0008]圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；
[0009]圖2是兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下固定開(kāi)關(guān)頻率直接電流控制原理框圖；
[0010]圖3是本實(shí)用新型穩(wěn)態(tài)負(fù)載時(shí)網(wǎng)側(cè)電壓電流；
[0011]圖4是本實(shí)用新型脈沖負(fù)載時(shí)網(wǎng)側(cè)電流。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0013]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。
[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種直接電流控制雙PWM焊接電源，以其電網(wǎng)側(cè)電流正弦化、功率因數(shù)單位化、直流側(cè)電壓恒定可控、能量能雙向流動(dòng)等特點(diǎn)，應(yīng)用于焊接電源系統(tǒng)，對(duì)于提高焊機(jī)可靠性以及實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制有重要意義。為了進(jìn)行仿真，研制了一臺(tái)基于以TI公司的TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為控制核心，以富士公司的7MB150N-120型IPM模塊為開(kāi)關(guān)器件的三相雙PWM焊接電源樣機(jī)，最后對(duì)研制的樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。
[0015]雙PWM焊接電源按照系統(tǒng)的功能分為前級(jí)和后級(jí)兩個(gè)部分，前級(jí)主要提高功率因數(shù)并抑制諧波，后級(jí)主要負(fù)責(zé)弧焊控制功能。雙PWM焊接電源原理框圖如圖1所示，其中前級(jí)以PWM整流器IPM為核心，后級(jí)則是以弧焊PWM逆變器為核心，其具體連接關(guān)系如下:
[0016]所述電源的輸入端與PWM整流器IPM的輸入端連接，所述PWM整流器IPM的輸出端依次經(jīng)PWM逆變器、中頻變壓器與輸出整流器的輸入端連接，所述輸出整流器的輸出端為電弧負(fù)載輸入端，所述PWM整流器IPM輸入端前的主電路分別經(jīng)相位同步電路和電流采樣電路與DSP的輸入端連接，所述PWM整流器IPM與PWM逆變器之間的主電路經(jīng)電壓采樣電路與DSP的輸入端連接，所述DSP的控制輸出端與PWM整流器IPM的控制端連接，所述輸出整流器的輸出端經(jīng)電流/電壓反饋電路與PWM控制器的輸入端連接，PWM控制器的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與PWM逆變器的控制端連接，所述PWM整流器IPM輸入端的主電路上設(shè)有濾波電感，用于濾除輸入端的雜波。
[0017]三相交流電經(jīng)PWM整流器IPM整流后，變成高壓直流電，經(jīng)PWM逆變器變成高頻交流后經(jīng)中頻變壓器降壓、輸出整流器濾波后變?yōu)槠交绷麟姽┖附邮褂?，由于很多焊接方法在焊接過(guò)程中存在金屬的熔滴過(guò)渡現(xiàn)象，焊接電源同一般電源的負(fù)載性質(zhì)不同，電源的輸出短路狀態(tài)是焊接電源的重要工作狀態(tài)，所以理想的短路電流控制特性是逆變焊接電源基本要求。
[0018]所述PWM控制器主要由以控制芯片GS202B為核心的PWM控制電路，是典型的恒流特性的弧焊逆變器，包括過(guò)流、欠壓和過(guò)熱等保護(hù)電路以及驅(qū)動(dòng)電路。前級(jí)的控制電路主要用于PWM整流器的控制，選擇DSP作為控制核心。前級(jí)整流控制采用兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下固定開(kāi)關(guān)頻率直接電流控制，原理框圖如圖2所示，該控制策略仍為雙閉環(huán)控制，外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。與三相靜止坐標(biāo)系下控制策略不同的是，電流內(nèi)環(huán)中，網(wǎng)側(cè)電流信號(hào)需經(jīng)park變換，變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電流值id、i,。與之相對(duì)應(yīng)的是，電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出為有功電流參考值i/，與有功電流id做差后送入PI控制器。為使網(wǎng)側(cè)電流正弦化，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，控制網(wǎng)側(cè)無(wú)功電流為O，故設(shè)置無(wú)功電流參考值為O，與無(wú)功電流i,做差后送入PI控制器。內(nèi)環(huán)PI控制器的輸出經(jīng)過(guò)解耦運(yùn)算后送入SVPWM調(diào)制模塊進(jìn)行調(diào)制，輸出固定開(kāi)關(guān)頻率的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷。
[0019]該控制策略的特點(diǎn)是基于同步選擇坐標(biāo)變換系，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)頻率固定，利于電感等器件的選擇，開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)損耗小，不僅具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)性能好、自身有限流保護(hù)能力等優(yōu)點(diǎn)，并且還可以消除電流穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)得到較好的動(dòng)靜態(tài)性能。
[0020]所述樣機(jī)的電氣參數(shù)如下:交流電壓110V，濾波電感4.4mH，直流電容660 μ F，直流電壓320V，空載電壓70ν，開(kāi)關(guān)頻率5kHz，PWM整流器采用矢量調(diào)制的直接電流控制策略，通過(guò)中斷程序?qū)崿F(xiàn)整流控制。
[0021]用研制的樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，測(cè)試采用TEKTRONIX示波器和H1KI電力質(zhì)量分析儀，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括穩(wěn)態(tài)負(fù)載測(cè)試與脈沖負(fù)載測(cè)試。穩(wěn)態(tài)負(fù)載測(cè)試在輸出功率基本恒定時(shí)進(jìn)行，采用電阻箱模擬負(fù)載，網(wǎng)側(cè)電壓電流波形如圖3所示。可見(jiàn)，輸入電流諧波得到很好的抑制，證明原理樣機(jī)可較好地抑制諧波和校正功率因數(shù)。階躍負(fù)載響應(yīng)在一定程度上可反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，采用焊錫絲模擬焊條焊接時(shí)的階躍響應(yīng)，從而觀察樣機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載的適應(yīng)性，實(shí)驗(yàn)波形如圖4所示?？梢?jiàn)，樣機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)較為迅速，過(guò)渡過(guò)程較穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好，能滿足負(fù)載變動(dòng)要求；因電路結(jié)構(gòu)造成的電流畸變得到抑制，但脈沖負(fù)載調(diào)制作用產(chǎn)生的電流畸變?cè)谝欢ǔ潭壬先源嬖?，且受脈沖和控制參數(shù)的影響。
[0022]結(jié)論實(shí)驗(yàn)證明研究的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)能有效抑制諧波并且提高功率因數(shù)效果明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種直接電流控制雙PWM焊接電源，其特征在于:所述電源的輸入端與PWM整流器IPM的輸入端連接，所述PWM整流器IPM的輸出端依次經(jīng)PWM逆變器、中頻變壓器與輸出整流器的輸入端連接，所述輸出整流器的輸出端為電弧負(fù)載輸入端，所述PWM整流器IPM輸入端前的主電路分別經(jīng)相位同步電路和電流采樣電路與DSP的輸入端連接，所述PWM整流器IPM與PWM逆變器之間的主電路經(jīng)電壓采樣電路與DSP的輸入端連接，所述DSP的控制輸出端與PWM整流器IPM的控制端連接，所述輸出整流器的輸出端經(jīng)電流/電壓反饋電路與PWM控制器的輸入端連接，PWM控制器的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與PWM逆變器的控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接電流控制雙PWM焊接電源，其特征在于:所述PWM整流器IPM輸入端的主電路上設(shè)有濾波電感。
【文檔編號(hào)】H02M7/217GK204119072SQ201420669441
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】劉暐, 姜久超 申請(qǐng)人:河北工程技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校