【摘要】：等離子切割作為一種新型切割技術(shù),以其更高經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性和優(yōu)秀的切割性能,逐步取代了傳統(tǒng)熱切割方式,在市場上的地位越來越高�，F(xiàn)階段國產(chǎn)等離子切割機(jī)以逆變式切割電源為主,其輸入諧波特性較差,且功率密度和工作效率不高。使用三相PFC作為切割電源的輸入端可以保證良好的輸入特性,進(jìn)一步提升開關(guān)頻率、使用新型數(shù)字控制方法都可以使功率密度和整機(jī)效率得到明顯優(yōu)化。目前大多數(shù)的切割電源在設(shè)計和選擇控制方法時,遵循傳統(tǒng)電力電子變換器的設(shè)計原則,很多時候難以滿足負(fù)載特性的需求,導(dǎo)致其切割特性不好。實(shí)際上,切割電源的工作負(fù)載是非線性、且受環(huán)境因素影響較大的等離子弧,所以有必要針對其負(fù)載特性對控制方法進(jìn)行優(yōu)化。切割電源的正常工作存在三個模態(tài),分別是引弧,轉(zhuǎn)弧和切割。本文從等離子弧負(fù)載特性的角度出發(fā),針對切割過程中的不同模態(tài)分別進(jìn)行了分析和優(yōu)化,優(yōu)化了切割性能。引弧模態(tài)實(shí)際上就是讓高頻振蕩的數(shù)千伏的電壓擊穿電極和噴嘴之間的空氣間隙,形成初始的等離子通道。這一過程的關(guān)鍵是產(chǎn)生擊穿電壓的高頻引弧電路。首先以氣體放電理論為依據(jù),分析了等離子體的狀態(tài)變化,并建立了等離子弧的數(shù)學(xué)模型,通過仿真得出了其伏安特性曲線。在此基礎(chǔ)上分析了高頻引弧電路的工作原理,并給出了詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計原則。轉(zhuǎn)弧是切割機(jī)從引弧到切割必經(jīng)的模態(tài),其持續(xù)過程很短,負(fù)載特性變化最大。引弧模態(tài)產(chǎn)生的等離子體在高壓下,通過狹窄的噴嘴口接觸到工件表面,此時等離子通道在電極和工件之間形成,在高流速和窄通道的約束下形成圓柱形通道,等離子體電流迅速上升,變?yōu)橛糜谇懈畹臒犭娀�。在這個過程中,等離子體的負(fù)載特性發(fā)生變化很大,而且切換時間極短。針對這一過程,分析了等離子體伏安特性的變化以及對切割電源輸出特性的要求,并給出了適應(yīng)轉(zhuǎn)弧工況的控制方法。進(jìn)入切割模態(tài)后等離子弧為熱電弧狀態(tài)。此時電弧伏安特性也會受到切割狀態(tài)的影響,其等效負(fù)載時刻在發(fā)生變化。系統(tǒng)為兩級式變換器,負(fù)載的突變會引起母線電壓的波動,影響切割電源的輸出特性,甚至可能出現(xiàn)系統(tǒng)失穩(wěn)的情況。將切割電源看做一個級聯(lián)系統(tǒng),分析其級聯(lián)穩(wěn)定性,并對其控制方法進(jìn)行優(yōu)化,減小母線電壓由于負(fù)載特性變化而產(chǎn)生的波動。
【圖文】：

根據(jù)實(shí)際引弧情況，引導(dǎo)弧電流為間斷的火花放電，每次放電持續(xù)時間為 10此電壓環(huán)需要較高的帶寬。校正后的系統(tǒng) Bode 圖如圖 3-9 所示，截止頻率約為開關(guān)頻率的 1/20，響應(yīng)為 10-4s 級，并且有較大的相位裕度，滿足設(shè)計要求。

里只需要知道最大和最小的等效負(fù)載阻值即可確定負(fù)載波動范圍[74]。本文中切割的輸出電流范圍為 60A~100A。根據(jù)實(shí)際測量結(jié)果，，在最大輸出點(diǎn)的電弧等效負(fù) 1.5 歐，最小輸出點(diǎn)的電弧等效負(fù)載 3.3 歐。據(jù)此可以得到矯正后的系統(tǒng) Bode 圖 3-10 電壓環(huán)校正前后階躍響應(yīng)和 Bode 圖 所示：
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM46

【參考文獻(xiàn)】

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1 宋曉清;賴曉陽;唐厚君;姚辰;;大功率等離子切割機(jī)引弧系統(tǒng)的研究[J];電力電子技術(shù);2015年07期

2 孫強(qiáng);陳龍;陳桂濤;王華民;;基于弧控制的等離子切割電源新型復(fù)合控制策略[J];焊接學(xué)報;2014年03期

3 孫強(qiáng);陳龍;陳桂濤;王華民;;等離子切割電源前饋補(bǔ)償雙閉環(huán)復(fù)合控制策略[J];電力電子技術(shù);2013年05期

4 劉寶其;段善旭;李勛;趙耕;劉邦銀;;逆變式等離子切割電源雙閉環(huán)控制策略[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2011年09期

5 丁強(qiáng);苗則層;鮑云杰;;等離子切割機(jī)引弧方式研究[J];電焊機(jī);2010年09期

6 李芬;鄒旭東;鄒云屏;石晶;吳振興;王成智;唐健;;并網(wǎng)LCL濾波的PWM整流器輸入阻抗分析[J];電工技術(shù)學(xué)報;2010年01期

7 王壽福;何良宗;朱國榮;段善旭;;一種空氣等離子切割電源引弧電路的研究[J];通信電源技術(shù);2008年05期

8 賈德利;尤波;許家忠;徐軍;;逆變式等離子切割電源變間距模糊-PI控制[J];電機(jī)與控制學(xué)報;2008年03期

9 吳濤;阮新波;;分布式供電系統(tǒng)中負(fù)載變換器的輸入阻抗分析[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2008年12期

10 楊瑾;朱國榮;劉釗;李勛;段善旭;;軟開關(guān)型空氣等離子切割電源的研制[J];電力電子;2007年05期

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1 朱國榮;特種數(shù)字化弧焊電源關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2009年

2 張興;PWM整流器及其控制策略的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2003年

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1 鄭洛斌;大功率等離子切割機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與設(shè)計[D];浙江工業(yè)大學(xué);2017年

2 白銀龍;PWM整流器啟動沖擊電流抑制與級聯(lián)穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 余輝;三相交流級聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)及解決方案研究[D];華中科技大學(xué);2016年

4 李政;PWM整流器阻抗特性研究[D];華中科技大學(xué);2015年

5 李武杰;移相全橋DC-DC變換器及其數(shù)字控制的研究[D];華中科技大學(xué);2015年

6 余文強(qiáng);高可靠性的等離子切割電源設(shè)計與研究[D];華中科技大學(xué);2015年

7 方小鑫;50kW級全數(shù)字逆變式等離子切割電源的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

8 任成達(dá);基于電弧特性的焊割電源控制優(yōu)化研究[D];華中科技大學(xué);2014年

9 王春生;逆變式等離子弧切割電源控制技術(shù)研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2012年

10 于婷婷;連續(xù)弧等離子點(diǎn)火器噴嘴電弧數(shù)值模擬分析[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

本文編號：2651167