一種逆變式大功率精細等離子切割電源的製作方法

2023-06-09 04:59:02

本發明涉及電源技術領域，具體涉及一種逆變式大功率精細等離子切割電源。

背景技術：

等離子切割是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬局部融化，並借高速等離子的動量排出熔融金屬以形成切口的一種加工方法。等離子切割包括普通等離子切割和精細等離子切割，精細等離子切割精度高於普通等離子切割精度，已接近雷射切割的下限，其切割的零件幾乎消除了二次加工成本，同時精細等離子切割的成本只有雷射切割的三分之一，甚至更低，因此精細等離子切割已經成為等離子切割技術的發展方向。等離子切割電源是等離子切割系統的核心部件之一，對等離子切割的質量和效率至關重要。目前，單臺等離子切割電源最大輸出電流大多在200A以下，為滿足大功率精細等離子切割的需要，通常將若干單臺等離子切割電源並聯以達到大電流的輸出要求，但由於各單臺電源之間工作不同步，總的輸出電流將會產生震蕩，導致整個電源存在輸出不穩定的情況。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是獲得輸出電流穩定的逆變式大功率精細等離子切割電源，目的在於提供一種逆變式大功率精細等離子切割電源，解決當前逆變式大功率等離子切割電源輸出電流不穩定的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種逆變式大功率精細等離子切割電源，包括逆變電源和控制單元，所述逆變電源包括一個主逆變電源和N個副逆變電源，一個主逆變電源和N個副逆變電源互相併聯，所述控制單元控制主逆變電源和副逆變電源同步，N為正整數。

特別地，所述控制單元包括一個主逆變PWM信號控制模塊，一個同步控制器和N個副逆變PWM信號控制模塊，所述主逆變PWM信號控制模塊連接主逆變電源，所述同步控制器的主控制端連接主逆變PWM信號控制模塊，從控制端連接N個副逆變PWM信號控制模塊，所述N個副逆變PWM信號控制模塊對應連接N個副逆變電源。

特別地，所述同步控制器的同步信號控制時間t＝T/(N+1)，其中，T為主逆變電源和副逆變電源的工作周期。

特別地，所述主逆變電源和副逆變電源的工作脈寬ton≥T/(N+1),其中，T為主逆變電源和副逆變電源的工作周期。

特別地，所述主逆變電源和N個副逆變電源均包括一次整流電路、逆變電路和二次整流電路，外部交流電壓依次經一次整流電路、逆變電路和二次整流電路後輸出直流電壓。

特別地，所述控制單元還包括一個主逆變輸出控制模塊和N個副逆變輸出控制模塊，主逆變電源的逆變電路控制端和其二次整流電路輸出正端之間設置主逆變輸出控制模塊，每個副逆變電源的逆變電路控制端和其二次整流電路輸出正端之間均設置一個副逆變輸出控制模塊。

特別地，所述主逆變輸出控制模塊和N個副逆變輸出控制模塊均包括電流檢測傳感器和PI控制器。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

本發明所述一種逆變式大功率精細等離子切割電源在實現大功率輸出的同時能夠進一步輸出穩定的電流，從而保證精細等離子切割的切割精度，提高精細離子切割的質量和效率，避免了因輸出電流震蕩而導致精細等離子切割精度降低的問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明實施例1提供的逆變式大功率精細等離子切割電源電路結構框圖。

圖2為本發明實施例1提供的單臺主逆變電源工作波形圖。

圖3為本發明實施例1提供的單臺副逆變電源工作波形圖。

圖4為本發明實施例1提供的無同步信號控制的主、副逆變電源並聯後工作電流波形圖。

圖5為本發明實施例1提供的同步信號控制的主、副逆變電源並聯後工作電流波形圖。

圖6為本發明實施例2提供的逆變式大功率精細等離子切割電源電路結構框圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例1

如圖1所示，圖1為本發明實施例1提供的逆變式大功率精細等離子切割電源電路結構框圖。

本實施例中，所述逆變式大功率精細等離子切割電源包括逆變電源和控制單元，所述逆變電源包括一個主逆變電源和一個副逆變電源。

所述主逆變電源包括主電源一次整流電路、主電源逆變電路和主電源二次整流電路，外部交流電壓依次經主電源一次整流電路、主電源逆變電路和主電源二次整流電路後輸出直流電壓。主電源二次整流電路輸出端電壓定義為U01、主電源二次整流電路輸出端電流定義為I01。

所述副逆變電源與主逆變電源並聯，包括副電源一次整流電路、副電源逆變電路和副電源二次整流電路，外部交流電壓依次經副電源一次整流電路、副電源逆變電路和副電源二次整流電路後輸出直流電壓。副電源二次整流電路輸出端電壓定義為U02、副電源二次整流電路輸出端電流定義為I02，主逆變電源與副逆變電源並聯後的輸出端電流定義為I0。

所述控制單元包括一個主逆變PWM信號控制模塊，一個同步控制器和一個副逆變PWM信號控制模塊。所述主逆變PWM信號控制模塊連接主電源逆變電路的控制端，控制主電源逆變電路的工作周期；所述副逆變PWM信號控制模塊連接副電源逆變電路的控制端，控制副電源逆變電路的工作周期；所述同步控制器的主控制端連接主逆變PWM信號控制模塊，從控制端連接副逆變PWM信號控制模塊，控制副電源逆變電路與主電源逆變電路同步工作；

本實施例的優選實施方式為所述控制單元還包括一個主逆變輸出控制模塊和一個副逆變輸出控制模塊。主逆變PWM信號控制模塊和主電源二次整流電路輸出正端之間設置主逆變輸出控制模塊，所述主逆變輸出控制模塊包括主電源電流檢測傳感器和主電源PI控制器，主電源電流檢測傳感器獲取主逆變電源輸出電流數值，將其反饋至主電源PI控制器，主電源PI控制器結合反饋電流值和設定電流值進行PI調節，輸出信號至主逆變PWM信號控制模塊，調節主逆變電源的輸出電流。副逆變PWM信號控制模塊和副電源二次整流電路輸出正端之間設置副逆變輸出控制模塊，所述副逆變輸出控制模塊包括副電源電流檢測傳感器和副電源PI控制器，副電源電流檢測傳感器獲取副逆變電源輸出電流數值，將其反饋至副電源PI控制器，副電源PI控制器結合反饋電流值和設定電流值進行PI調節，輸出信號至副逆變PWM信號控制模塊，調節副逆變電源的輸出電流。

本實施例所述的逆變式大功率精細等離子切割電源工作原理如下：

本實施例採用主逆變電源、副逆變電源兩臺獨立的電源並聯使用實現大電流、大功率的輸出。如圖2、圖3所示，圖2為本發明實施例1提供的單臺主逆變電源工作波形圖，圖3為本發明實施例1提供的單臺副逆變電源工作波形圖。主逆變電源的工作周期為T1，副逆變電源的工作周期為T2，現有技術將主逆變電源和副逆變電源直接並聯使用，則主逆變電源的工作周期為T1和副逆變電源的工作周期為T2並不能保證絕對相同，兩臺電源有可能同步工作，也有可能交替工作，故並聯後輸出的總電流將發生震蕩，如圖4所示，圖4為本發明實施例1提供的無同步信號控制的主、副逆變電源並聯後工作電流波形圖。其中，震蕩電流紋波ΔI0最大將達到ΔI01+ΔI02。本實施例採用同步控制器，保證主逆變電源和副逆變電源同步工作，如圖5所示，圖5為本發明實施例1提供的同步信號控制的主、副逆變電源並聯後工作電流波形圖。其中，T為主逆變電源和副逆變電源的工作周期，ton為主逆變電源和副逆變電源的工作脈寬，因同步控制器控制主逆變電源和副逆變電源同步工作，故兩臺電源的工作周期T和工作脈寬ton相同，t為同步信號控制時間，當t＝T/2時，震蕩電流紋波ΔI0最小。圖5所示的工作脈寬tonT/2時，並聯後輸出電流I0的波形幾乎平直，其震蕩電流紋波ΔI0近乎為零。由此可知，同步控制器控制主逆變電源和副逆變電源同步工作的情況下，主逆變電源和副逆變電源並聯，不僅能實現大電流的輸出，進而實現大功率的輸出，而且同時能獲得穩定的輸出電流，避免電流震蕩，從而保證精細等離子切割的切割精度。

實施例二

為了獲得更大功率的電源，本實施例採用一個主逆變電源與兩個副逆變電源並聯的方式。如圖6所示，圖6為本發明實施例2提供的逆變式大功率精細等離子切割電源電路結構框圖。

本實施例二與實施例一的區別在於所述副逆變電源包括第一副逆變電源和第二副逆變電源，相應的，所述副逆變PWM信號控制模塊包括第一副逆變PWM信號控制模塊和第二副逆變PWM信號控制模塊，同步控制器控制主逆變電源、第一副逆變電源和第二副逆變電源同步工作，相應的所述副逆變輸出控制模塊包括第一副逆變輸出控制模塊和第二副逆變輸出控制模塊，所述同步信號控制時間t＝T/3時，震蕩電流紋波ΔI0最小。當工作脈寬tonT/3時，並聯後輸出電流I0的波形幾乎平直，其震蕩電流紋波ΔI0近乎為零。由此可知，同步控制器控制主逆變電源、第一副逆變電源和第二副逆變電源同步工作的情況下，主逆變電源、第一副逆變電源和第二副逆變電源並聯，不僅能實現更大電流的輸出，進而實現更大功率的輸出，而且同時能獲得穩定的輸出電流，避免電流震蕩，從而保證精細等離子切割的切割精度。

以此類推，所述逆變式大功率精細等離子切割電源包括N個副逆變電源、N個副逆變控制器和N個副逆變輸出控制模塊，同步控制器控制主逆變電源和N個副逆變電源同步工作，所述同步信號控制時間t＝T/(N+1)時，震蕩電流紋波ΔI0最小。當工作脈寬tonT/(N+1)時，並聯後輸出電流I0的波形幾乎平直，其震蕩電流紋波ΔI0近乎為零。由此可知，同步控制器控制主逆變電源和N個副逆變電源同步工作的情況下，主逆變電源和N個副逆變電源並聯，不僅能實現更大電流的輸出，進而實現更大功率的輸出，而且同時能獲得穩定的輸出電流，避免電流震蕩，從而保證精細等離子切割的切割精度。

本發明的技術方案通過同步控制器控制主逆變電源和副逆變電源同步工作，將主逆變電源和副逆變電源並聯使用，從而實現逆變式大功率精細等離子切割電源在大功率輸出的同時能夠進一步輸出穩定的電流，保證精細等離子切割的切割精度，提高精細離子切割的質量和效率，避免了因輸出電流震蕩而導致精細等離子切割精度降低的問題。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。