弧成功率和尚質(zhì)量且可調(diào)的橫弧 電流，適用于高頻非接觸型的空氣等離子切割機(jī)的應(yīng)用。
[0031] 圖1和圖2分別示出了本發(fā)明實(shí)施例中空氣等離子切割機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖和具體電路 圖，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下：
[0032] 本發(fā)明提供了一種引弧系統(tǒng)，包括輸入電源1、移相全橋模塊2、濾波模塊3、引弧 吸收模塊4、維弧模塊5、檢測模塊7、高頻模塊6和控制模塊8 ;移相全橋模塊2第一輸入端 接輸入電源1，移相全橋模塊2輸出端與濾波模塊3輸入端連接，移相全橋模塊2第二輸入 端與高頻信號(hào)模塊6第一輸出端連接，濾波模塊3第一輸出端與引弧吸收模塊4第一輸入 端連接，濾波模塊3第二輸出端與維弧模塊5第二輸入端連接，濾波模塊3第三輸出端與檢 測模塊7輸入端連接，引弧吸收模塊4第一輸出端與移相全橋模塊2第二輸入端連接，引弧 吸收模塊4第二輸出端與維弧模塊5第一輸入端連接，引弧吸收模塊4第三輸出端與割炬 連接，引弧吸收模塊4第二輸入與高頻模塊6第二輸出連接，維弧模塊5輸出端與引弧吸收 模塊4第三輸出端連接，檢測模塊7輸出與工件連接，鎢極與高頻模塊6輸入端連接；控制 模塊8輸出端與移相全橋模塊2控制端連接。
[0033] 其中，控制模塊8包括依次連接的參數(shù)獲取模塊81、占空比增速計(jì)算模塊82、引橫 弧控制模塊83和驅(qū)動(dòng)模塊84 ;驅(qū)動(dòng)模塊84的輸出端連接至移相全橋模塊2的第三輸入端； 參數(shù)獲取模塊81用于獲取電路具體參數(shù)，以便計(jì)算合適的占空比增速，具體參數(shù)包括維持 橫弧的最小電流1_、移相全橋丟失占空比等效電阻Rd、移相全橋變壓器原副邊匝比N、引弧 瓷管電阻Rarc、輸入電壓A、第二電容C2容值、第二電阻R2阻值、移相全橋輸出占空比置零時(shí) 的輸出電壓值U。、引橫弧結(jié)束判斷條件輸出電流值I。;占空比增速計(jì)算模塊82用于計(jì)算出 一個(gè)合適的占空比增加速度；引橫弧控制模塊83通過檢測到的輸出電壓和電流值構(gòu)造一 個(gè)條件判斷使得在引橫弧過程中占空比線性增加；驅(qū)動(dòng)模塊84用于產(chǎn)生相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信 號(hào)并作用在移相全橋的開關(guān)管；。
[0034] 在本發(fā)明實(shí)施例中，濾波模塊3包括濾波電感W，用于濾除諧波。
[0035] 其中，引弧吸收模塊4為高頻信號(hào)提供通路，也為引橫弧過程提供初始能量。引弧 吸收模塊4包括第一電容Q、第二電容C2、第三電容C3、第三電阻R3;所述第一電容C i的輸 入端與濾波電感W第一輸出端相連，所述第二電容C 2的輸入端與維弧模塊5的第二電阻R 2輸出端相連，所述第三電容C3的輸出端和第三電阻R 3的輸出端相連后與維弧模塊5的R _ 輸出端相連，最后再連至割炬。
[0036] 其中，維弧模塊5為引橫弧過程提供通路，維弧模塊5包括第二電阻R2、第一開關(guān) 管仏、第一二極管Di、引弧瓷管電阻Rarc;第二電阻R 2的輸入端與濾波電感k第二輸出端相 連，第一開關(guān)管Qi與濾波電感L第三輸出端相連，第一開關(guān)管輸出端與Ran:的輸入端相連， 第一二極管Di的輸入端與第一開關(guān)管Q i的輸出端相連，第一二極管D i的輸出端與第一開 關(guān)管仏的輸入端相連。
[0037] 作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二電阻R2取值可以為10(Μ/6.8Ω ;引弧瓷管電阻 Rarc取值為6.8Ω ;第一電容(^的取值為1200V/3U ;第二電容(：2的取值為450V/220U ;第三 電容(：3的取值為1200V/2U ;濾波電感k的取值為30uH/300A。
[0038] 本發(fā)明還提供了一種基于上述引弧電路的控制方法，該方法僅用一個(gè)電流檢測霍 爾來實(shí)現(xiàn)引弧的控制：先獲取引弧吸收板上的參數(shù)，計(jì)算出適合的占空比增加速度，再結(jié)合 檢測到的輸出電壓和輸出電流信號(hào)，進(jìn)行引橫弧控制，最后把控制信號(hào)送入驅(qū)動(dòng)模塊，產(chǎn)生 驅(qū)動(dòng)信號(hào)并送入移相全橋。所述的一種基于單傳感器引弧電路的控制方法只使用一個(gè)電流 檢測霍爾IF1，用于檢測輸出電流值。
[0039] 該控制方法的流程圖如圖3所示，具體包括：
[0040] (1)判斷割槍開關(guān)是否閉合，若是，則轉(zhuǎn)入步驟（2);否，則引弧過程結(jié)束；
[0041] (2)當(dāng)輸出電壓大于等于180V時(shí)，把Yk置零，計(jì)算移相角，使DSP的PWM1 口產(chǎn)生 互補(bǔ)導(dǎo)通的方波，PWM3 口產(chǎn)生與PWM1 口同相的方波。DSP產(chǎn)生的兩路PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過 驅(qū)動(dòng)模塊隔離放大作用于IGBT，移相全橋Η橋的輸出占空比為零。當(dāng)輸出電壓小于180V， 使丫14線性增加，計(jì)算得到移相角，使DSP的PWM1 口產(chǎn)生互補(bǔ)導(dǎo)通的方波，PWM3 口產(chǎn)生滯后 PWM1計(jì)算所得移相角的方波，DSP產(chǎn)生的兩路PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊隔離放大作用于 IGBT，移相全橋Η橋的輸出占空比將會(huì)隨Yk的線性增加而增加，使得移相全橋輸出電壓線 性增加。該過程的示意圖如圖4所示，其中Uk為第K時(shí)刻移相全橋的輸出電壓、Y k為第K 時(shí)刻移相全橋輸出占空比；
[0042] (3)進(jìn)行電流條件的判斷，也就是橫弧過程結(jié)束條件的判斷，當(dāng)輸出電流大于等于 20A時(shí)，引橫弧過程結(jié)束；若此時(shí)輸出電流小于20A，則還是處在引橫弧階段，并返回至步驟 (1);
[0043] 引橫弧階段的等效電路圖如圖5所示，根據(jù)提供能量的源的不同，整個(gè)引橫弧階 段可以分為三個(gè)工作模態(tài)，各個(gè)工作模態(tài)的等效電路圖如圖6所示。從控制方法流程圖中 可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸出電壓大于等于180V時(shí)，移相全橋的輸出占空比就被置零，然后線性開始增 加。所以此時(shí)先給引弧電路提供能量的是第一電容Q，由于第一電容(^的值很小，這個(gè)放電 過程幾乎是瞬間完成的，然后此時(shí)移相全橋的輸出占空比還很小，還不足以提供引弧能量， 所以接下來是第二電容(：2通過第二電阻1?2和引弧瓷管電阻Rarc來進(jìn)行放電。第二電容C 2是一個(gè)很大的電容，所以能夠觀測到明顯的放電波形。最后當(dāng)移相全橋的輸出占空比足夠 大時(shí)，此時(shí)的引弧能量就由主電路來提供，并同時(shí)給第一電容Q和第二電容C 2進(jìn)行充電。
[0044] 該三個(gè)工作模態(tài)具體為：
[0045] (1)工作模態(tài)1
[0046] 該模態(tài)的等效電路圖如圖6(a)所示，移相全橋輸出占空比被置零后，第一電容Q 開始放電，此時(shí)引弧瓷管電阻Rara上的電流表達(dá)式為：
[0049] 式中U。為移相全橋輸出占空比置零時(shí)的輸出電壓值，R為引橫弧時(shí)鎢極與割炬之 間的等效電阻。該模態(tài)中的時(shí)間常數(shù)很小，為微秒級(jí)，所以工作模態(tài)1幾乎是瞬間完成。
[0050] (2)工作模態(tài)2
[0051] 該模態(tài)的等效電路圖如圖6(b)所示。第一電容Q放電 結(jié)束后，第二電容（：2進(jìn)行放電，引弧瓷管電阻上的電流表達(dá)式為：
其中 U C2 (0) = U。，τ 2 = ·： (Rarc+R2+R)（Rarc+R2)，C 2;式中U。為移相全橋輸出占空比置零時(shí)的輸出電壓值，R為 引橫弧時(shí)鎢極與割炬之間的等效電阻。第二電容C2容值比第一電容(^大很多，又串聯(lián)了第 二電阻R2，此模態(tài)RC放電的時(shí)間常數(shù)為毫秒級(jí)。
[0052] ⑶工作模態(tài)3
[0053] 該模態(tài)的等效電路圖如圖6(c)所示，主電路給引弧環(huán)節(jié)提供能量，并同時(shí)給第一 電容Q和第二電容C2充電。此時(shí)引弧瓷管電阻的電流表達(dá)式為：
;式中A為輸入電源電壓，N為移相全橋變壓器 原副邊匝比，Rd為移相全橋占空比丟失等效電阻，D(t)為t時(shí)刻時(shí)移相全橋的輸出占空比。 在該過程中占空比D是線性增加的，所以引弧瓷管電阻上的電流也是線性增加。
[0055] 綜上所述，在引橫弧過程中引弧瓷管電阻上的電流與輸出電壓波形如圖7(a)所 示，在h時(shí)刻，T = 10ms的時(shí)候電流接近垂直下降的部分為工作模態(tài)1，即第一電容(^的 放電過程；在tjlj 12時(shí)刻之間，即T = 10ms到T = 20ms之間是工作模態(tài)2,即第二電容C2放電過程；在1：2到13時(shí)刻T = 20ms到T = 40ms之間是第三個(gè)過程，即主電路給引弧環(huán)節(jié) 提供能量的過程。
[0056] 取^到13時(shí)刻之間的波形進(jìn)行分析，在該過程中移相全橋輸出占空比是從0開始 增加的，若該占空比增加的過慢，則在第二電容(：2放電到某一個(gè)比較的小電流值的時(shí)候，主 電路電壓還不能夠維持這個(gè)電流，則橫弧電流會(huì)因?yàn)榇藭r(shí)的引弧電流過小而導(dǎo)致熄滅，那 么此時(shí)的引弧瓷管電阻電流波形和輸出電壓波形如圖7(b)所示：
[0057] 從圖中可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)引弧電流熄滅時(shí)，引弧瓷管電阻上的電流瞬間變?yōu)榱悖敵鲭?壓為全橋整流的輸出電壓，因?yàn)榇藭r(shí)的占空比是線性增加的，所以接下來電壓的線性上升