[發明專利]等離子切割電源直接儲能控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310738374.9
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103722283A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 田威
• 申請（專利權）人: 江蘇博大數控成套設備有限公司
• 主分類號: B23K10/00
• 分類號: B23K10/00;H02M5/458
• 代理公司: 江陰市同盛專利事務所(普通合伙) 32210
• 代理人: 唐紉蘭;沈國安

技術領域

本發明涉及一種控制系統及其控制方法，尤其是涉及一種用于對等離子切割電源裝置進行直接儲能控制的系統，屬于等離子切割領域與電力電子變換領域。

背景技術

機用等離子切割裝置是由機械設備、電控設備、供氣設備等組成，其中電控設備包括電源系統、數控系統、割炬系統和ECAN總線，電源系統又包括等離子切割電源、引弧箱、氣控箱、冷卻系統、管線等主要部分；

等離子切割電源是機用等離子切割裝置的核心部件之一，按照發展歷程，可以包括各式硅整流式電源、晶閘管整流式電源、逆變式電源、斬波式電源。其中，逆變式電源、斬波式電源是最具發展潛力的電源機種。鑒于整體成本較低和效率較高，在大功率等離子切割裝置中，斬波式電源日益受到青睞，功率電路支持輸出電流等級已經由130A、260A、400A、530A、650A、800、1000A，用于切割更厚的金屬板材和管材，功率等級也由22kW超175kW方向增加。另一個方面，對金屬工件切割的質量要求也越來越高。影響切割質量指標的因素有多種，包括割炬水平運動精度、割炬垂直運動精度、保護氣與切割氣的穩定度、切割電流的精度等等。僅就切割電流而言，等離子切割電源輸出電流精度和響應速度是影響切割質量的重要指標，而這又與濾波電感感值、開關頻率、線路阻抗、直流電源密切相關。其中，直流電源品質包括電壓穩定度和紋波峰峰值以及紋波頻率，如果這幾項指標較差，切割電流的紋波就會較大，切割質量肯定較差。為此需要改進這些指標，目前常用手段為增加電解電容的容值，但是一味增加電解電容容值也會帶來低頻振蕩和成本、體積過大問題，因此，大功率設計和輸出電流精細化是交錯并聯等離子切割電源必需面對和解決的問題；

為此，已有相關學者對此進行了深入的研討：如“陳要玲”于2008年在“蘭州理工大學”發表的碩士學位論文“IGBT逆變式等離子切割電源”；“何偉軍”于2009年在“南京航空航天大學”發表的碩士學位論文“大功率空氣等離子切割電源的設計與研究”；“伍健”于2010年在“南京航空航天大學”發表的碩士學位論文“等離子切割高性能電源系統的研究”；?前者屬于逆變式等離子切割電源，功率等級難以提升；后二者只適用于輸出直流電流低于130A以下的應用場合，功率等級不會超過30kW。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種等離子切割電源直接儲能控制系統，支持輸出直流電流可達260A，控制簡單，動態響應快速，輸出直流電流紋波低。

本發明的目的是這樣實現的：一種等離子切割電源直接儲能控制系統，所述系統包含有功率電路和控制電路；所述功率電路包含有降壓電路和斬波電路；所述降壓電路為一工頻變壓器，該工頻變壓器包含一個初級繞組和兩個次級繞組，所述斬波電路包含有兩組并聯的BUCK電路，且兩組BUCK電路分別與兩個次級繞組相連，所述控制電路的兩個輸入端分別與兩組BUCK電路的輸出端相連，所述控制電路的兩個輸出端分別與兩組BUCK電路中的逆變電路相連。

本發明一種等離子切割電源直接儲能控制系統，所述功率電路包含有降低電路和斬波電路，所述降壓電路為一工頻變壓器，該工頻變壓器包含有一星形接線的初級線圈、一個星形接線的次級線圈和一個三角形接線的次級線圈，?

所述斬波電路包含有第一交錯BUCK電路和第二交錯BUCK電路；

所述第一交錯BUCK電路包含有第一二極管不控三相整流橋，所述第一二極管不控三相整流橋的輸入端與星形接線的次級線圈相連，所述第一二極管不控三相整流橋的正負輸出端之間并聯連接有第一電解電容、第一功率電阻以及第一IGBT逆變電路，所述第一IGBT逆變電路包含有第一IGBT，所述第一IGBT的發射極與第一二極管不控三相整流橋的負極相連，第一IGBT的集電極接入節點B，第一IGBT的集電極與第一電容的正極相連，所述第一電容的負極接入第一二極管不控三相整流橋的正極，且第一二極管不控三相整流橋的正極經第一電感后接入節點A后對外輸出；

所述第二交錯BUCK電路包含有第二二極管不控三相整流橋，所述第二二極管不控三相整流橋的輸入端與三角形接線的次級線圈相連，所述第二二極管不控三相整流橋的正負輸出端之間并聯連接有第二電解電容、第二功率電阻以及第二IGBT逆變電路，所述第二IGBT逆變電路包含有第二IGBT，所述第二IGBT的發射極與第二二極管不控三相整流橋的負極相連，第二IGBT的集電極接入節點B，第二IGBT的集電極與第二電容的正極相連，所述第二電容的負極接入第二二極管不控三相整流橋的正極，且第二二極管不控三相整流橋的正極經第二電感后接入節點A后對外輸出。