CN204119072U - 直接电流控制双pwm焊接电源 - Google Patents

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姜久超
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Abstract

本实用新型公开了一种直接电流控制双PWM焊接电源，涉及电的程序控制系统或装置技术领域。所述电源包括PWM整流器IPM、PWM逆变器、中频变压器、输出整流器、DSP、电压采样电路、电流/电压反馈电路、PWM控制器以及驱动保护电路。由于双PWM焊接电源的前级采用全控器件替代由二极管构成的不可控桥式整流器并增加了DSP进行控制，有效降低了开关损耗，提高输入功率因数。结论实验证明研究的实验样机能有效抑制谐波并且提高功率因数效果明显。

Description

直接电流控制双PWM焊接电源
技术领域
本实用新型涉及电的程序控制系统或装置技术领域，尤其涉及一种直接电流控制双PWM焊接电源。
背景技术
常规焊接电源的前级多为采用二极管整流的不可控桥式整流器，后接较大的电容滤波，当焊接电源的负载为理想的稳态负载时，具有这种电路结构的整流器会产生相应的电流畸变，电流波形呈非连续的尖角波形，输入电流的谐波分布为:单相为2n+1次，三相为6n士1次。实际焊接负载是变动的，脉动负载会对输入电流产生调制作用，这时的输入电流畸变不仅包含电路结构造成的电流畸变，还包含有负载调制作用产生的电流畸变。负载调制作用使输入电流的谐波分布发生明显变化，出现了偶次谐波和直流分量，因为多数供电系统中设置的滤波设备主要是针对3次、5次、7次和11次等特定次谐波。所以，偶次谐波和直流分量含量大就造成焊接电源对电网污染更为严重。焊接电源输入电流的畸变不仅对电网造成污染，而且降低设备本身的功率因数，增加了设备对电网配备容量的要求，造成电网容量的浪费。随着人们对电网污染认识的不断加深以及相关谐波限制标准的出台和实施，解决焊接电源产生的输入电流的谐波污染势在必行。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种直接电流控制双PWM焊接电源，所述电源通过使用双PMW控制功率模块和DSP控制器，有效降低了开关损耗，提高输入功率因数。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种直接电流控制双PWM焊接电源，其特征在于：所述电源的输入端与PWM整流器IPM的输入端连接，所述PWM整流器IPM的输出端依次经PWM逆变器、中频变压器与输出整流器的输入端连接，所述输出整流器的输出端为电弧负载输入端，所述PWM整流器IPM输入端前的主电路分别经相位同步电路和电流采样电路与DSP的输入端连接，所述PWM整流器IPM与PWM逆变器之间的主电路经电压采样电路与DSP的输入端连接，所述DSP的控制输出端与PWM整流器IPM的控制端连接，所述输出整流器的输出端经电流/电压反馈电路与PWM控制器的输入端连接，PWM控制器的输出端经驱动保护电路与PWM逆变器的控制端连接。
进一步优选的技术方案在于：所述PWM整流器IPM输入端的主电路上设有滤波电感。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：由于双PWM焊接电源的前级采用全控器件替代由二极管构成的不可控桥式整流器并增加了DSP进行控制，有效降低了开关损耗，提高输入功率因数。结论实验证明研究的实验样机能有效抑制谐波并且提高功率因数效果明显。 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的原理框图；
图2是两相同步旋转坐标系下固定开关频率直接电流控制原理框图；
图3是本实用新型稳态负载时网侧电压电流；
图4是本实用新型脉冲负载时网侧电流。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本实用新型公开了一种直接电流控制双PWM焊接电源，以其电网侧电流正弦化、功率因数单位化、直流侧电压恒定可控、能量能双向流动等特点，应用于焊接电源系统，对于提高焊机可靠性以及实现精细控制有重要意义。为了进行仿真，研制了一台基于以TI公司的TMS320F2812数字信号处理器（DSP）为控制核心，以富士公司的7MB150N-120型IPM模块为开关器件的三相双PWM焊接电源样机，最后对研制的样机进行了实验和测试，并对测试结果进行了分析。
双PWM焊接电源按照系统的功能分为前级和后级两个部分，前级主要提高功率因数并抑制谐波，后级主要负责弧焊控制功能。双PWM焊接电源原理框图如图1所示，其中前级以PWM整流器IPM为核心，后级则是以弧焊PWM逆变器为核心，其具体连接关系如下：
所述电源的输入端与PWM整流器IPM的输入端连接，所述PWM整流器IPM的输出端依次经PWM逆变器、中频变压器与输出整流器的输入端连接，所述输出整流器的输出端为电弧负载输入端，所述PWM整流器IPM输入端前的主电路分别经相位同步电路和电流采样电路与DSP的输入端连接，所述PWM整流器IPM与PWM逆变器之间的主电路经电压采样电路与DSP的输入端连接，所述DSP的控制输出端与PWM整流器IPM的控制端连接，所述输出整流器的输出端经电流/电压反馈电路与PWM控制器的输入端连接，PWM控制器的输出端经驱动保护电路与PWM逆变器的控制端连接，所述PWM整流器IPM输入端的主电路上设有滤波电感，用于滤除输入端的杂波。
三相交流电经PWM整流器IPM整流后，变成高压直流电，经PWM逆变器变成高频交流后经中频变压器降压、输出整流器滤波后变为平滑直流电供焊接使用，由于很多焊接方法在焊接过程中存在金属的熔滴过渡现象，焊接电源同一般电源的负载性质不同，电源的输出短路状态是焊接电源的重要工作状态，所以理想的短路电流控制特性是逆变焊接电源基本要求。
所述PWM控制器主要由以控制芯片GS202B为核心的PWM控制电路，是典型的恒流特性的弧焊逆变器，包括过流、欠压和过热等保护电路以及驱动电路。前级的控制电路主要用于PWM整流器的控制，选择DSP作为控制核心。前级整流控制采用两相同步旋转坐标系下固定开关频率直接电流控制，原理框图如图2所示，该控制策略仍为双闭环控制，外环为电压环，内环为电流环。与三相静止坐标系下控制策略不同的是，电流内环中，网侧电流信号需经park变换，变换到同步旋转坐标系下电流值id、iq。与之相对应的是，电压外环PI调节器的输出为有功电流参考值id *，与有功电流id做差后送入PI控制器。为使网侧电流正弦化，实现单位功率因数，控制网侧无功电流为0，故设置无功电流参考值iq *为0，与无功电流iq做差后送入PI控制器。内环PI控制器的输出经过解耦运算后送入SVPWM调制模块进行调制，输出固定开关频率的脉冲信号，驱动开关管的开通与关断。
该控制策略的特点是基于同步选择坐标变换系，控制系统结构简单，开关频率固定，利于电感等器件的选择，开关管开关损耗小，不仅具有动态响应快、稳态性能好、自身有限流保护能力等优点,并且还可以消除电流稳态误差，使系统得到较好的动静态性能。
所述样机的电气参数如下:交流电压ll0V，滤波电感 4.4mH，直流电容660μF，直流电压320V，空载电压70v，开关频率 5kHz，PWM整流器采用矢量调制的直接电流控制策略，通过中断程序实现整流控制。
用研制的样机进行实验和测试，测试采用TEKTRONIX示波器和HIOKI电力质量分析仪，实验内容包括稳态负载测试与脉冲负载测试。稳态负载测试在输出功率基本恒定时进行，采用电阻箱模拟负载，网侧电压电流波形如图3所示。可见，输入电流谐波得到很好的抑制，证明原理样机可较好地抑制谐波和校正功率因数。阶跃负载响应在一定程度上可反映系统的动态响应特性，采用焊锡丝模拟焊条焊接时的阶跃响应，从而观察样机对动态负载的适应性，实验波形如图4所示。可见，样机动态响应较为迅速，过渡过程较稳定，动态响应特性良好，能满足负载变动要求;因电路结构造成的电流畸变得到抑制，但脉冲负载调制作用产生的电流畸变在一定程度上仍存在，且受脉冲和控制参数的影响。
结论实验证明研究的实验样机能有效抑制谐波并且提高功率因数效果明显。 

Claims (2)

1.一种直接电流控制双PWM焊接电源，其特征在于：所述电源的输入端与PWM整流器IPM的输入端连接，所述PWM整流器IPM的输出端依次经PWM逆变器、中频变压器与输出整流器的输入端连接，所述输出整流器的输出端为电弧负载输入端，所述PWM整流器IPM输入端前的主电路分别经相位同步电路和电流采样电路与DSP的输入端连接，所述PWM整流器IPM与PWM逆变器之间的主电路经电压采样电路与DSP的输入端连接，所述DSP的控制输出端与PWM整流器IPM的控制端连接，所述输出整流器的输出端经电流/电压反馈电路与PWM控制器的输入端连接，PWM控制器的输出端经驱动保护电路与PWM逆变器的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的直接电流控制双PWM焊接电源，其特征在于：所述PWM整流器IPM输入端的主电路上设有滤波电感。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107204712A (zh) * 2017-06-05 2017-09-26 广东工业大学 一种改进型重复控制器及能量回收型电子负载
CN108296604A (zh) * 2018-03-12 2018-07-20 上海威特力焊接设备制造股份有限公司 用于焊机的恒功率控制装置

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