鋼軌焊接作為鋪設(shè)無縫線路的重要環(huán)節(jié),其焊接質(zhì)量是鐵路行車安全的保障。國內(nèi)外現(xiàn)有焊接方式以趨于成熟,但在道岔焊接中仍存在不足,故有必要在鋼軌焊接領(lǐng)域引進新的焊接技術(shù)及方法,電子束焊以高能量、高效率等優(yōu)點在航天航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,且國外已有公司已成功開展鋼軌電子束焊的研究。因此,研究總結(jié)國內(nèi)外電子束焊關(guān)鍵技術(shù)高壓電源的發(fā)展及現(xiàn)狀,提高電子束焊高壓電源的穩(wěn)定性、高效性及智能化控制,有助于其在鋼軌焊接領(lǐng)域得到極其重要的工程推廣。本文研究設(shè)計一套基于DSP+FPGA控制的全橋LLC諧振逆變式新型電子束焊用高壓電源系統(tǒng),主要包含了主電路和控制電路兩部分。主電路由低壓逆變調(diào)壓,高壓升壓及硅堆整流電路組成。低壓逆變調(diào)壓電路將380V三相交流經(jīng)整流濾波、BUCK調(diào)壓以及全橋逆變后,輸出頻率可調(diào),電壓可調(diào)的交流電,此交流方波電壓再經(jīng)LLC諧振電路輸入到放置在油箱內(nèi)的高頻高壓變壓器;高壓升壓及硅堆整流電路將低壓交流電壓升壓后,再經(jīng)高壓硅堆整流濾波電路,最終輸出DC60kV高壓加載到電子槍。文中對主電路中的主要元器件進行了參數(shù)計算和選型,并在Simulink平臺上搭建仿真模型對其進行了模擬仿真,仿真結(jié)果表明... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高頻

基于DSP與FPGA的鋼軌電子束焊電源系統(tǒng)的研究-14-（6）高頻高壓輸出電路的選擇本文所設(shè)計的電子束焊高壓電源系統(tǒng)高壓輸出電路由兩部分組成，第一部分為高頻高壓變壓器，如圖2.2所示的TR。第二部分如圖2.2所示。由DG1-DG4以及電容CG1組成高高壓硅堆整流濾波電路，其實物如圖2.6所示。變壓器匝數(shù)比為1:134，高壓硅堆選用型號為2CL71A高壓整流二極管，濾波電容兩個參數(shù)為50KV2000PF陶瓷電容串聯(lián)。圖2.6高頻高壓變壓器2.3LLC諧振變換器LLC諧振變換器作為一種比較理想的諧振變換器拓撲結(jié)構(gòu)，諧振回路電流隨負載輕重而變化，在空載時，對濾波電容的電流脈動要求校但電路特性比傳統(tǒng)的串聯(lián)LC諧振復(fù)雜[33]。為滿足電子束焊高壓電源的技術(shù)參數(shù)要求及控制要求，須對LLC變換器的工作機理、工作特性進行分析，進而選擇合理的器件參數(shù)。全橋LLC諧振變換器與傳統(tǒng)的串聯(lián)諧振變換器相比，諧振變換器中的勵磁電感Lm是一個有限的值，會參與諧振變換過程中，此時LLC諧振變換器就具有fr和fm兩個諧振頻率[34]。這樣會導(dǎo)致逆變輸出的電壓頻率可在不同頻率范圍工作，本文定義LC諧振電路的本征諧振頻率為：12πrrrfLC（2.13）LLC諧振電路的本征諧振頻率為：12π()mrmrfLLC（2.14）

基于DSP與FPGA的鋼軌電子束焊電源系統(tǒng)的研究-16-2.3.2LLC諧振電路工作區(qū)域分析全橋LLC諧振變換器是工作狀態(tài)由于輸入阻抗的性質(zhì)不同有ZVS(零電壓開通)狀態(tài)與ZCS(零電流關(guān)斷)兩種工作狀態(tài)，變換器輸入阻抗為感性及容性時對應(yīng)的變換器主開關(guān)的狀態(tài)圖，如圖2.8所示。CB1Q1Q2Q4Q3D11D12D14D13C11C12C13C14+-Vin+-VsirZin圖2.8LLC諧振變換器工作狀態(tài)由圖2.8可見，諧振網(wǎng)絡(luò)的等效輸入阻抗為感性時，其輸入電流相位滯后于輸入電壓的相位，換言之在開關(guān)管的導(dǎo)通信號來之前，其寄生二極管已經(jīng)處于導(dǎo)通狀態(tài)，使得開關(guān)管兩端的電壓鉗位在零，如此便可實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通；當(dāng)諧振網(wǎng)絡(luò)的等效輸入阻抗為容性時，輸入電流的相位超前于輸入電壓，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷驅(qū)動信號到來時，其寄生二極管未能導(dǎo)通，導(dǎo)致開關(guān)管兩端的電壓不為零，但當(dāng)驅(qū)動信號結(jié)束后，此時開關(guān)管中流過的電流變?yōu)榱悖士蓪崿F(xiàn)開關(guān)管的零電流關(guān)斷。本系統(tǒng)所選用的功率開關(guān)管為IGBT，在硬開關(guān)導(dǎo)通關(guān)斷下，在柵極加反向關(guān)斷電壓的可減少其關(guān)斷損耗，但不能降低開通損耗。因此調(diào)整開關(guān)管的開關(guān)頻率，使得諧振網(wǎng)路的等效輸入阻抗為感性阻抗，便可實現(xiàn)變換器的零電壓開通，從而減小開關(guān)管損耗，提高變換器效率。故開關(guān)管的頻率應(yīng)在mrfff頻率段內(nèi)進行調(diào)節(jié)，從而穩(wěn)定電子束焊高壓電源的輸出。2.3.3LLC諧振電路參數(shù)計算及器件選型（1）諧振電容Cr選取諧振電容Cr時，先對它承受的峰值電壓的值做近似的估算。當(dāng)全橋LLC諧振變換器輸出為空載時，可近似諧振電容兩端電壓為Vcr=nVo；當(dāng)負載電流為Io時，充電電流為變壓器原邊電流Io/n，諧振電容上電壓在半個周期內(nèi)的變化量△Vcr的表達式為：max22os.crcrmrITVVnC（2.20）

【參考文獻】：
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本文編號：3123802