逆變弧焊電源峰值電流模式雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究(已修改)
2025-07-02 03:14 本頁(yè)面
【正文】 逆變弧焊電源峰值電流模式雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究方臣富1, 2 殷樹言2 侯潤(rùn)石3 于明1 王進(jìn)成4(1. 江蘇科技大學(xué)材料學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003； 2. 北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，北京 100022； ，北京 100084； 4. 凱爾達(dá)電焊機(jī)有限公司，浙江 杭州 310018)摘要：采用電壓模式單閉環(huán)控制系統(tǒng)的逆變弧焊電源，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，不能對(duì)主電路功率器件進(jìn)行實(shí)時(shí)電流控制，中頻變壓器無抗偏磁能力，因此可靠性較差。本文研制的逆變弧焊電源采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng),內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)了在每個(gè)開關(guān)周期對(duì)功率器件的峰值電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，消除了中頻變壓器偏磁現(xiàn)象；外環(huán)控制輸出的平均電流，提高了輸出電流的精度和系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞：逆變，弧焊電源，峰值電流模式，雙閉環(huán)控制1．引言逆變式弧焊電源DCDC功率變換器的控制方式可分為電壓模式和電流模式兩大類[1]。電壓模式是指控制電壓直接控制變換器的占空比(變換器輸出電壓與占空比成比例)；電流模式是指控制電壓直接控制變換器輸出的平均電流或峰值電流（變換器輸出平均電流或峰值電流不與占空比成比例）。目前，逆變弧焊電源多采用電壓模式控制，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，不能對(duì)主電路功率器件進(jìn)行實(shí)時(shí)電流控制，無抗偏磁能力。本文研制的逆變弧焊電源采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)在每個(gè)開關(guān)周期對(duì)功率器件的峰值電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，消除中頻變壓器偏磁現(xiàn)象；外環(huán)控制輸出的平均電流，保證輸出電流的精度和系統(tǒng)的可靠性。2．電壓模式單閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問題電壓模式控制原理框圖如圖1所示。uin為電網(wǎng)交流電經(jīng)整流濾波后的直流電壓。uref(給定電壓)，uo（反饋電壓，正比于輸出電壓或輸出電流），經(jīng)誤差放大器E/A進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后得到了控制電壓ue，它與振蕩器輸出電壓uosc經(jīng)比較器比較后得到PWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后控制功率器件的開關(guān)。電壓模式控制系統(tǒng)只有一個(gè)閉環(huán)，當(dāng)有網(wǎng)壓波動(dòng)或受其它干擾時(shí)，要等到輸出電壓或輸出電流有變化后控制器才能進(jìn)行調(diào)節(jié)，故動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，不能對(duì)功率器件的電流實(shí)時(shí)檢測(cè)，應(yīng)用在全橋逆變電路時(shí)，需要其它輔助電路實(shí)現(xiàn)抗磁芯偏磁和對(duì)功率器件進(jìn)行過流保護(hù)。圖1 電壓模式控制原理圖 Control principle diagram in voltage mode 圖2電壓模式控制的恒流輸出特性全橋逆變弧焊電源原理框圖 Principle diagram of fullbridge arc welding inverter with constant current output characteristic in voltage mode圖2為電壓模式控制的恒流輸出特性全橋逆變弧焊電源原理框圖。采用拉氏變換和自控理論可得圖2各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。誤差放大及補(bǔ)償電路環(huán)節(jié)（采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)）傳遞函數(shù)： （1）PWM及驅(qū)動(dòng)電路環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)： （2）其中，k為振蕩器鋸齒波上升率，T為振蕩器周期。取樣環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)： （3）其中，n為霍爾電流傳感器（LEM）內(nèi)部線圈匝數(shù)，Rc為內(nèi)阻。濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)：
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