计算机仿真技术在逆变焊接电源中的应用

今，电路仿真所用的分析方法主要有：状态变量法、节点分析法、改进的节点分析法和状态空间平均法等。这些建模方法各有优点和不足，都有自己的使用范围，在具体使用时，要根据具体目的采用相应的方法建立具体的仿真模型。

对于开关型变换器这样一个强非线性的时变系统，要准确地分析其空间和动态性能往往是非常困难的。建立精确的数学模型一直是电力电子学领域的一个难题，通常只有假设一定的条件，而忽略一些次要的因素，才能得到在一定范围内适用的数学模型，为分析和设计电路提供帮助。其建模通常有2种方法：①根据器件内部载流子运动的物理规律建立物理－电气模型；②根据器件外部行为建立等效宏模型。

近十几年来，国内外许多学者在电磁器件的建模方面做了大量工作，首先需要解决的问题是描述磁性材料磁化特性，其中比较实用的模型有物理含义明确的J－A模型和使用一般元器件模型构造的宏模型。在磁性材料模型的基础上，综合运用法拉第、安培和高斯3大电磁定律，可以确定电磁器件的磁路模型。再根据电路与磁路的对耦原理，即可建立电磁器件的电路模型。

总之，控制电路的建模、理论分析和计算机仿真技术已经比较成熟，而功率电子器件和电磁器件的实用仿真模型，特别是参数获取技术有待进一步完善。

2.3常用各种电路仿真软件

常用的电路仿真软件有Pspice，Saber，Simplis和MATLAB等。通常把电源电子仿真软件分为两种：侧重于电路的仿真器和侧重于方程求解的仿真器，其中PSPICE、Sabert和MATLAB分别是两类仿真器的代表。

PSPICE 是较早出现的EDA软件之一，由MICROSIM公司于1985年推出。在电路仿真方面，它的功能可以说是最为强大，在国内被普遍使用。现在使用较多的是 PSPICE6.2，工作于Windows环境，占用硬盘空间20多兆。PSPICE可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出，并在同一个窗口内同时显示模拟与数字电路。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，包括IGBT、脉宽调制电路、模／数转换、数／模转换等，都可以得到精确的仿真结果。对于库中没有的元器件模块，还可以自已编辑。

MATLAB5.2于1998年由Mathworks公司推出，其中新增加的PowerSystemBlockset(PSB)含有在一定使用条件下的元件模型，包括电力系统网络元件、电机、电力电子器件、控制和测量环节以及三相元件库等，再借助于其它模块库或工具箱，在Simulink环境下，可以进行电力系统的仿真计算，可以实现复杂的控制方法仿真，同时可以观察仿真的执行过程。仿真结果在仿真结束时利用变量存储在MATLAB的工作空间中。

PSPICE和PSB仿真软件各有其应用的优势，其版本也在不断更新，其中PSB现在已经推出6.1版本。PSB适用于中等规模电路的仿真以及变/定步长仿真算法的电路仿真。

MATLAB/SIMULINK的强大运算能力对于仿真结果的后处理非常方便。PSPICE则适用于小规模系统元器件级的建模。若系统规模过大，则仿真执行时间则会变得非常长。

3计算机仿真在焊接逆变电源中的应用现状

目前，计算机仿真技术已经广泛应用于航空、航天、军事等尖端技术领域，发挥了巨大的作用。前些年焊接技术研究人员开始把它引入到焊接电源中来，取得了一定的成就，但其研究还不是很深入，这方面的文献也不是很多。
从现有文献可以看出，弧焊逆变器中仿真技术应用得比较成熟。这方面研究得最早的是华理工大学，其承担的国家自然科学基金项目“弧焊逆变电源结构、参数的计算机仿真与辅助设计”就是仿真技术在焊接设备中应用的一个典型例子。它借助功能强大的计算机，通过全面、系统及深入的定性和定量分析，描述并研究新一代弧焊逆变器各部分及核心部件的工作过程和动态响应，发展逆变理论，解决国产弧焊逆变器的质量和可靠性问题，进而实现弧焊逆变器的计算机辅助优化设计，提高了我国机电产品设计的科学化和自动化水平。

常用的弧焊逆变电源仿真方法一般有两种：一种方法是建立电路中各个元件模型，然后把它们连成电路进行仿真。如文献就是以PSPICE中现有的器件模型为基础，先建立了绝缘栅双极晶体管(IGBT)的组合模型，并以非线性电容来表征器件的寄生电容。然后采用所建立的模型，对双端全桥零电压零电流（FB-B-ZVZCS-PWM）软开关变换器进行了计算机仿真，分析了器件的开关性能和变换器的能量传输性能，并通过试验验证了仿真结果，证实了在建立合适的器件模型的基础上，计算机仿真可以成为研究弧焊逆变电源的有效手段；另一种方法是把整个逆变电路看成一个整体进行仿真。可以根据弧焊逆变电源动态过程的特点，采