基于arm cortexm3全数字化大功率方波逆变焊接电源的研究

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1、摘要随着国内经济的发展，环境、能源和资源利用率等问题日益凸显，对绿色科技技术的要求提出了新的考验。绿色金属材料对于未来绿色科技技术发展提供了良好的材料基础，特别在一些特殊部门比如：航空、航天和核能等领域，镁铝及其合金材料都得到广泛应用。大功率方波逆变焊接电源对于绿色金属材料由于其自身物理特性和冶金特性引起的焊缝效果差的缺点有很大改善，因此它成为一种理想的绿色金属材料焊接电源。本文采用Cortex．M3内核的ARM控制器，研究设计具有直流、直流脉冲和方波三种焊接模式的全数字化大功率方波逆变焊接电源，其中方波焊接模式主要应用于铝镁等绿色金属材料的焊接，而加入的直流和直流脉冲焊接模式，能更好的

2、满足多种材料的焊接要求。论文研究的主要工作包括大功率方波电源的主电路硬件设计，控制系统的硬件设计，控制系统软件设计以及实验验证和波形分析。本文首先阐述了该课题的研究背景和意义，逆变焊接电源的发展现状和趋势。其次，在分析全桥拓扑结构与半桥拓扑结构的工作原理的基础上，根据课题要求设计出一次逆变电路选用全桥拓扑、二次逆变电路选用半桥拓扑的主电路结构，并详细设计了主电路中关键器件的参数。然后，根据全数字化控制系统对微处理器的性能要求，选择采用Cortex．M3内核的ARM芯片作为控制核心，针对主电路控制设计了主控板的硬件和软件，并针对参数数字化设计了数字面板。最后，研制出一个20kW的全数字方波

3、逆变焊接电源，并对其分别进行了直流焊接试验、直流脉冲焊接试验和方波焊接试验，获得了理想的输出波形并满足了焊接工艺要求，验证了该套方案的正确性和可行性。关键词：方波逆变器；数字化控制；Cortex．M3内核处理器；焊接电源广东"r,lk大学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentofdomesticeconomy,theincreasinglyprominentproblemofenvironment,energyandresourcesutilizationputnewrequirementstogreentechnology．Thegreenmetalmater

4、ialsprovidethematerialbasisforthefuturedevelopmentofgreentechnology,especiallyinsomespecialdepartmentssuchas：aviation，aerospaceandnuclearpowerandSOon,aluminum，magnesiumandtheiralloymaterialarewidelyused．Highpowerweldinginverterpowersupplysolvedtheproblembecauseoftheirphysicalpropertiesandmetallur

5、gicalcharacteristicsdeterminetheperformanceofpoorwelding，isakindofidealgreenmetalweldingpower．Inthepaper,usingtheCortex-M3kernelARMcontrollerasthemasterchipdesignsafulldigitalhigh·powersquarewaveweldingpowersupply,whichhastheDC，DCpulseandsquarewavethreeweldingmodes．Thesquarewavemodeismainlyusedto

6、weldaluminummagnesiumandothergreenmetalmaterials，andjointheDCandDCpulseweldingmodes，meetavarietyofmaterialofweldingprocessrequirements．Themainresearchworkincludeshardwaredesignofthemaincircuitforhigh—powersquarewavepower,hardwareandsoftwaredesignofthecontrolsystem，andexperimentandwaveformanalysis

7、．Firstly,theprefacefocusesonintroducingtheworksonthistopicresearchmeaning，presentstudyandtrends．Secondly,thispaperanalyzesthefullbridgetopology,halfbridgetopologicalstructureoftheworkingprinciple，basesonthedesignparame