[实用新型]一种等离子切割电源电流闭环控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于等离子切割电源技术领域，具体涉及一种等离子切割电源电流闭环控制装置，该装置基于带四路斩波模块的全数字控制大功率等离子切割电源系统实现。

背景技术

空气等离子弧切割是一种热切割技术，利用等离子弧的高温将被切金属局部熔化并蒸发，同时借助高速等离子气流将已经熔化的金属吹离母材，从而形成狭窄切口。等离子弧柱温度高，通常可达18000～24000K，远远超过所有金属的熔点，可以切割任何黑色和有色金属材料，使用范围广。与激光切割相比，具有生产效率高、被切割材料的品种范围广、厚度大和成本低等优势；与火焰切割相比，具有可实现无挂渣切割、明显减少了二次加工、热影响区较小等优势。

等离子切割电源是等离子切割过程中提供和控制能量的关键设备，其性能的好坏对等离子弧产生的可靠性、切割质量和生产效率都起着至关重要的作用。目前等离子切割电源主要分为逆变式和斩波式两种拓扑结构。逆变式等离子切割电源采用了高频逆变技术，具有体积小，重量轻等优点，然而逆变式等离子切割电源对功率器件要求高，控制电路复杂，工作环境恶劣，存在可靠性低的问题。逆变式等离子切割电源输出电流多为30A～200A，一般应用在20kW以下的场合。功率等级在20kW以上的等离子切割电源一般采用斩波式拓扑结构，同时为了进一步提高系统的容量，减小功率开关管的电流应力，采用多路斩波模块并联的方式。具有控制电路简单、开关频率高、控制特性好、可靠性高等优点，是当前大功率等离子切割电源的主流。

等离子切割电源控制系统设计的目的是通过电流闭环负反馈调节，来获得切割电源所需要的外特性、调节特性和动特性。对于具有单个斩波模块的等离子切割电源，目前已具有较成熟的控制方法，但对于多个斩波模块并联的等离子切割电源，还需要协调各个斩波模块之间的工作状态，以减小输出电流的纹波，最大效率的利用斩波模块，延长使用寿命。因此，发明一种多个斩波模块的等离子切割电源控制方法，实现等离子切割电源的高精度控制，提高整个系统的运行效率，具有重要意义。

发明内容

本实用新型针对模块化斩波式等离子切割电源的斩波模块电路，提供了一种等离子切割电源电流闭环控制装置，对每路斩波模块的输出电流独立阶跃闭环控制实现等离子切割电源高精度切割。

本实用新型提供的一种等离子切割电源电流闭环控制装置，其特征在于，该装置包括总输出指令电流值设定电路、斩波模块指令电流分配电路，每一至第四数字PI算法模块，每一至第四PWM信号电路，以及每一至第四电流信号采样电路；

总输出指令电流值设定电路的输出端与斩波模块指令电流分配电路的输入端相连，斩波模块指令电流分配电路的输出端分别与每一至第四数字PI算法模块的一输入端相连，每一至第四数字PI算法模块的输出端分别与每一至第四PWM信号电路的输入端对应相连，每一至第四PWM信号电路的输出端分别与每一至第四斩波模块的输入端对应相连，每一至第四电流信号采样电路的输入端与每一至第四斩波模块的输出端对应相连，它们的输出端分别与每一至第四数字PI算法模块的另一输入端对应相连；

其中，总输出指令电流值设定电路用于根据工件的切割工艺参数确定总输出指令电流值i_z，并输入给斩波模块指令电流分配电路；

斩波模块指令电流分配电路用于根据总输出指令电流值i_z分别计算出四个斩波模块的指令电流值，并将对应的电流信号输入给各路数字PI算法模块；

各路电流信号采样电路用于采集同路斩波模块的输出电流值，并分别输出至同路数字PI算法模块；

各路数字PI算法模块将同路电流信号采样电路得到的斩波模块输出电流值与同路斩波模块的指令电流值比较，通过数字PI算法得到PWM驱动信号脉冲的占空比，并输入给同路PWM信号电路；

各路PWM信号电路通过控制同路斩波模块，完成等离子切割电源电流的闭环控制。

本实用新型基于带四路斩波模块的全数字控制大功率等离子切割电源系统实现，具体而言，本实用新型具有以下有益效果：

(1)等离子切割电源采用输出电压开环控制，输出电流独立闭环控制，无需实时检测输出电压，控制简单。控制系统不用在电压环和电流环之间不停地切换，容易引弧成功，可靠性高。

(2)输出电压软启动减少了输出电压对各功率器件的冲击，延长了功率器件的使用寿命。

(3)输出电流启动时阶梯缓上升和切割结束时采用输出电流阶梯缓降可以使等离子弧缓慢消失，从而延长割炬等易损件的使用寿命。