高频脉冲VPPA焊接电源系统建模与仿真.doc

里!!! 选里!! 竺丝! 些垒些』垫兰垒——————————————————』塑丝篁型丝..;皇 5_ 兰,韩永全,陈芙蓉因此本文选用后一种方法。新的焊接电源开发需耗费大量人力和财力。因此,,可以大幅度减少开发费用和周期。本文采用 Ma tl ab/ Si mul i nk中电力系统模块对单电源高频脉冲 VPPA 焊接电源主电路及其控制电路进行建模基础上。计算了一次逆变频率与可输出高频脉冲频率关系以及输出滤波电感与脉冲频率间的对应关系。 VPPA) 穿孔焊工艺是中厚板铝合金最为理想的焊接工艺,因此在火箭筒体、铝合金贮箱、宇宙飞船铝合金壳体的焊接中得到广泛应用[ 1- 23。在厚板铝合金 VPPA 焊接电源中叠加低频脉冲和高频脉冲会使该焊接工艺优势得到进一步发挥。哈尔滨工业大学邱灵、北京航空航天大学从保强等人对高频 VPPA 和 V PI'IG设备及其电弧特性进行了研究[ 3- 5]。研究发现。低频脉冲可以使铝合金焊缝美观,且气孔等缺陷减少,高频脉冲可以使 VPPA 压缩效果进一步加强, 焊缝组织得到细化。 1高频脉冲 VPPA 焊接电源系统模型主电路设计重点是电路拓扑结构和功率开关管= : ===== 三==== 三三第= 4三 2卷== 兰三第==== 三== 三三== 出电流的误差,调节 PWM 控制器的输出,控制开关管 I GBTl , I GBT2 的导通与关断,欲使输出电流跟踪给定电流的变化。二次逆变电路由 Pul se Gen er at or 200V,IC为 420 A。开关频率可高达控制,使开关管 I GBT3 , I GBT4 轮流导通,完成二次 100 kHz ,可以满足本文要求。主电路仿真模型如图蜃培一 5理想高频脉冲 VPPA 焊接输出电流的变化图 2仿真模型中 I GBT 的正向导通压降为 1. 85 33 ns。线性变压器变比为 8。输出整流二极管导通阻 R为 10 mQ ,正向压降 0. 8V,负载电阻 R为斗 s,厶耐。为最小平均连续电流, A。￡≥嚣= 器. 4 . 19 m 当逆变频率为 50 kHz ,最小电流为 100 A 时. 所需最小电感为: L ≥芒= 器“ 67 毗逆变频率为 100 kHz ,最小电流为 100A : ￡≥嚣= 器-0 . 84 眦理想情况下,当负载固定不变时,如果电感值小于逆变电源中滤波电感选取的最小极限,即使在静载下也不能保证电流连续。·焊接设备与材料· 57 Wel di ng Tec hn0109Y V01 .42 No . (c) 居衣冲频翠卢 lO k Hz 7逆变频率 f- -S0 Ih时脉冲=_ : 仁】『 l图 6为逆变频率为 20 kHz 时脉冲电流变化图。图8 逆变频率 pl oo klqz时脉冲电流的变化从图 6,图 7,图 8可看出,提高一次逆变频率可以提高输出高频脉冲电流的频率。当逆变频率从 20 kHz 提高到 100 kHz 时,可输出高频脉冲频率可以从 1 kHz 提高到 10 kHz 。提高逆变频率可降低滤波电感值,从而可以减少系统响应时间,提高系统调节能力,增加可输出脉冲频率:同时随着滤波电感值的降低输出脉冲电流的波动也有所增加。一次逆变频率为 50