基于SiC的水下机器人局部干法焊接电源研究

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1、工程硕士学位论文基于SiC的水下机器人局部干法焊接电源研究作者姓名谢芳祥工程领域仪器仪表工程校内指导教师王振民教授、博导校外指导教师郭春富高级工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年1月ResearchonLocalDryUnderwaterRobotWeldingPowerSupplyBasedonSiCPowerDevicesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XieFangxiangSupervisor：Prof.WangZhenminSeniorEngineerGuoChunfuSouthChi

2、naUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP23学校代号：10561学号：201521002652华南理工大学硕士学位论文基于SiC的水下机器人局部干法焊接电源研究国家自然科学基金项目（51375173）中央高校业务费培育项目（2015ZP039）作者姓名：谢芳祥指导教师姓名、职称：王振民教授、博导郭春富高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：仪器仪表工程论文形式：产品研发工程设计应用研究工程/项目管理调研报告研究方向：智能传感技术及网络化测控论文提交日期：2018年1月5日论文答辩日期：2018年3月9日学位授予单位：华

3、南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王小辉委员：刘桂雄薛家祥全燕鸣王振民华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送

4、交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密（校保密委员会审定为涉密学位论文时间：年月日），于年月日解密后适用本授权书。□不保密,同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：指导教师签名：日期：作者联系电话：电子邮

5、箱：联系地址(含邮编)：摘要由于核辐射对人体健康的影响，采用焊接机器人代替焊工已成为核电水下焊接维修的必然趋势。局部干法综合了干法焊接的高焊缝质量和湿法焊接技术简便易行的优点，是核电水下机器人焊接修复的优选方式。但是水下焊接过程极易出现引弧/重燃弧困难、断弧、熔滴过渡均匀性差等问题，难以获得优质的焊接效果。提升焊接电源对水下焊接电弧的调节能力是优化水下局部干法焊接效果的关键所在。目前，弧焊逆变电源普遍采用Si功率器件，其开关性能已接近材料特性决定的理论极限，依靠Si功率器件提高弧焊逆变电源性能的潜力已十分有限，迫切需要采用高性能的SiC功率器件来研制能满足核电水下机器人局部干法焊接工

6、艺需求的新型高性能焊接电源。论文首先分析了水下局部干法焊接的研究现状，然后在仿真研究的基础上设计了SiC驱动电路和电源主电路，开发了数字化控制系统，搭建了水下局部干法焊接实验平台并进行了水下焊接工艺实验研究。论文主要工作如下：1)确定了SiC水下焊接电源的总体解决方案。分析了水下局部干法焊接研究现状，明确了影响水下局部干法焊接效果的主要因素；采用SiC功率器件来进一步提高焊接电源的响应速度，改善焊接电源对水下电弧的调节能力；对SiC功率器件与Si功率器件的性能进行了对比分析，明确了将SiC功率器件应用于焊接电源时存在的主要难点。2)从仿真和实验两方面研究了SiC驱动串扰问题。建立了半

7、桥串扰等效电路模型，确定了影响串扰电压的关键参数，为SiC驱动电路的设计提供了理论依据；建立了基于SiC功率器件的双脉冲仿真模型，从理论上分析了驱动参数对SiCMOSFET开关过程的影响；设计了相应的驱动电路和双脉冲试验电路，对仿真结果进行了实验验证。3)设计开发了全数字化的SiC水下焊接电源。结合核电高可靠、高安全性要求，从理论上分析了RC吸收电路参数对焊接电源主电路中MOSFET开关过程的影响，设计了冗余结构的主电路；结合水下机器人局部干法焊接工艺流程