引 言
与传 统 的火 焰 切割 或 激 光 切 割相 比 ， 离 子切 等
２ 主 电 路 拓 扑 结 构
主 电路 选 用 了 Ｂ ｏｔ 桥 逆 变 的 拓 扑 结 构 。 ｏｓ 半 一 其
主 电路 拓 扑 结构 如 图 １ 示 。 所
割机 具 有切 割 质 量好 、 度 快 、 本 低 等 优 势【 随 速 成 １ ｊ 。 着 逆 变 技 术 的 发 展 ．半 桥 式 或 者 全 桥 式 的主 电 路 拓 扑 结 构 已成 功 地 应 用 到 等 离 子 切 割 电源 领 域 。 在 国内． 多数等离子切割机采用高频 引弧方式 ， 大 但 高 频 高 压 的 引 弧 过 程 带 来 了严 重 的 电 磁 干 扰 ， 且 装 置 体 积 较 大 ．这 不 仅 影 响 到 了 电源 自身 的 正
ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ａ ｔ ｐ ｌｔ ａ ｃ ａ ｄ ｈ ｓ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｌ ｏ ｖ ｄ ｔ ｅ ｐ ｅ ｔ ｆ ｓ ｏ ｔ ｃ ｍｉ ｇ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌｃ ｎ－ ａ ｅ ｎ ｌｗ ｆ ｑ ｅ ｃ ｏ ｔｃ ｉ ｒ ｎ ａ ｕ ｃ ｓ ｆ ｌ ｓ ｌ ｅ ｈ ｌｎ ｙ ｏ ｈ ｒ・ ｏ ｎ ｓ ｉ ｏ ｖ ｎ ｉ ａ ｏ － ｒ ｏ ｙ － ｏ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｃ ｔ ｎ ｃ ｉ ｅ ｏ ｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ａ ｔ ｐｌ ｔａ ｅ；ｈ ｌ ｂ ｄ ｅ ｉ ｖ ｒ ｒ ｙ ｒ ｓ： ｕ ｔ ｇ ｍａ ｈ ｎ ；ｌ ｗ ｆ ｑ ｅ ｃ ｏ ｔｃ ｉ ｒ ｉ ｒ ｏ ａｆ ｒ ｇ ｎ ｅ ｅ ｉ ｔ
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎＰ ｏｅｔＳ ｐ ｏ ｅ ｙ ｈ ｄ ｓ ａ ｅｅｒｈａｄＤ ｖｌｐ ｎ Ｐｏ ｃｓ ｆＳ ａｎｉＰｏｉｃ （ ｏ ０ ０ — ｏ ｎ ａｉ ｒｊｃ：ｕ ｐ ｓ ｄｂ ｅＩ ｕｔ ｌ ｓａｃ ｎ ｅｅｏｍｅｔ ｒｊ ｔ ｏ ｈ ａｘ ｒｖ ｉ Ｎ ． １Ｋ ９ ｏ ｔ ｎ ｒ Ｒ ｉ ｅ ｎａ ｌ ２ １
＝ ０
用 式 （ ） 去式 （ ） 得 到 增 量 式 ＰＤ 为 ： １减 ２可 Ｉ Ａｕ ｋ ＝ （ 一 ｋ ２ ｅ ｜ １＋｝ （ － ）（ ） （ ） Ａｅ ） （ｐ ｋ （ 一 ） Ｉｅｋ ２ ３ ＋ ｉ ｝ ｉ ｄ
０ ）Ｔ ｅＩｄ ｓ ａ Ｒ ｓａｃ ｎ ｅｅｏ ｍ ｎ ｒｊｃ ｆ ｉａ ｃｅｃ Ｔ ｃｎｌｇ ｕｅｕ Ｎ ．Ｘ ０ ７ １） ５ ；ｈ ｕｔ ｌ ｅｅｒｈａｄＤ ｖ ｌ ｅｔ ｏｅｔｏ ’ｎＳｉｎｅ＆ ｅｈ ｏｏｙ ｒａ （ ｏ Ｙ１ １ （） ｎ ｒ ｉ ｐ Ｐ ｓ Ｘ Ｂ Ｃ
过流。 引弧 过 程 属 于 负 载突 变 过 程 ， 若在 此 阶 段 控 制速度 不够快 ， 电流 下 降 过 多 ， 不 能成 功 引 弧 。 也 这 里 将 高 性 能 的 Ｄ Ｐ ８ ２作 为控 制 芯 片 。采 用 改 Ｓ２１
进型 的增 量式 ＰＤ算 法 。 Ｉ 增 量 式基 本 原 理 为 ：
为 半桥 Ｐ ＷＭ 驱 动信 号 ， 由 Ｄ Ｐ控 制 ； Ｑ 用 于 引 Ｓ Ｖ
弧 Ｉ Ｔ驱 动 。Ｈ 为 升 压 电感 电流传 感 器 ， 测 到 ＧＢ 检 的 电流 值 送 往 Ｕ ３ ５ ， 于 控 制 Ｖ ， 成 Ａ Ｆ Ｃ ８４ 用 Ｑ。完 Ｐ Ｃ；
安 市 科 技 局 工 业 应 用 技 术 研 发 项 目 （ ＸＹ１ １ １ ） Ｃ ０ ７（ ） 定 稿 日期 ： ０１ －０ —０ ２ １ １ ４
ｖ ｒｆ ｈ ｔ ｈｅ ｐｏ ｒ ｓ ｐ ｙ ｙ ｔ ｍ ｓ ｈｉｈ ｒ ｓａ ｌｔ ｌｗｅ ｅ ｙ ｔ ａ ｔ ｗｅ ｕ ｐｌ ｓ ｓｅ ｈａ ｇ ｅ ｔｂｉｉ ｉ ｙ，ｏ ｒ ＥＭ Ｉ ａ ｄ ｉ ｈ ｒ ｓ ｃ ｅ ｓｕｌｒ ｔｏ ｆｐｉ ｒ ｎ ｈ ｇ ｅ ｕ ｃ ｓ ｆ ａ ｉ ｏ ｌ ａ ｃ． ｏｔ
摘 要 ： 制 了一 种 全 数 字 化 控 制 的 新 型 逆 变 式 空 气 等 离 子 切 割 机 。该 等 离 子 机 采 用 非 高 频 的 引弧 技 术 ， 效 地 研 有 解 决 了传 统 技 术 中存 在 的 高 电磁 干 扰 、 弧 电 路 复 杂 、 弧 成 功 率 低 等 问题 。 设 计 以 高 性 能 数 字 信 号 处 理 器 引 引 Ｄ Ｐ ８２作 为 主 控 制 芯 片 ， 过 理 论 分 析 、 算 与 仿 真 、 制 算 法 的 改 进 等 措 施 ， 决 了 低 频 引 弧 技 术 中 的 问 Ｓ２ １ 通 计 控 解 题。 实验 结果表 明， 机具 有 可靠 性高 、 磁干 扰 小 、 次引弧 成功 率高 等特 点。 该 电 一 关 键 词 ： 割 机 ；低 频 引 弧 ；半 桥 逆 变 切
七
’
相 交流 电控 制 为稳 定 的 ７ ０Ｖ直 流 电 ，通 过 后 级 ５
的半 桥 逆 变 电路将 直 流 电转 换 为 交 流 方 波 ，送 往 中频 变 压 器 的输 入 端 。半 桥 逆 变 电路 主 控 芯 片 采 用 Ｄ Ｐ ８２ Ｐ Ｓ ２ １ 。 ＷＭ 为 控 制 方 式 。 通 过 改 变 半 桥
离 子 切 割 电源 。
基 金 项 目 ： 西 省 工 业 攻 关 研 究 发 展 计 划 （ ０ １ ０ － ５） 西 陕 ２１Ｋ ９ ０ ；
ＶＱ — Ｕ ３ ５ ｌ Ｃ ８
图 １ 等 离 子 切 割 机 主 电路 拓 扑
图 中 Ｖ 。 Ｂ ｏｔ电 路 Ｉ Ｂ Ｑ 为 ｏｓ Ｇ Ｔ驱 动 ； Ｑ ， Ｑ Ｖ ：Ｖ ３
Ｈ 为 用 于 过 流 检 测 的 电流 传 感 器 ； ，Ｈ 为 分 别 ： Ｈ ， 用 于 切 割 电流和 引弧 电流 采 样 的 电流 传感 器 。 级 前 Ｂ ｏｔ ｏ ｓ 电路 由控 制 器 Ｕ ３ ５ Ｃ ８ ４完 成 控 制 ， 实现 升 压
和 功 率 因数 校 正 功 能 ；考 虑 到 整 个 电源 的功 率 及
中图 分 类 号 ：Ｐ ３ Ｔ １ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：００ １ｏ ２ １ ）７ ０ ２ － ３ １０ — ｏ ｘ（０ １０ － １ １ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｅ Ｉ ｖ ｒ ｅ ｒ ｐｌ ｓ ａ Ｃｕｔｉ ａ ｈｉ ｆ ＬＦ ｎｔ ｃ ｌｏ ｃ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｎ ｅ ｔ ｒ Ａｉ － ａ ｍ ｔｎｇ Ｍ ｃ ｎｅ ｏ Ｃｏ ａ ｔ Ｐｉ ｔ Ａｒ
－
ｕ ｋ ＝ Ｄ ） Ｉ ｅ，＋ ｄ （ ）ｅｋ １ ］（ ） （ ） （ ＋ ｉ （） ｋ（ ｋ － （－ ） １ ｅ ｉ ｝ ｅ
ｉ＝ ０
由上 式 递 推 可得 ：
一
１
３ 低 频 引 弧 机 理 分 析 及 算 法 实 现
３１ 传 统 的 引弧 方 式 ．
一
Ｍ 一 ）ｋ （－ ） ｉ ） ［（一 ）ｅｋ２ 】２ （ １＝ ｐ ｋ １ ２ ｅ ＋ａ １－ （一 ） （ ） ｅ ｅ
ＩＢ Ｇ Ｔ驱动 的 占空 比 ． 实现 对 输 出 电流 ３ ～ ０ 来 ０ １（Ａ ３ 连 续 可 调 的 闭环 控 制 。整 个 系 统 共 用 到 ４个 电流 霍 尔 传 感 器 ， 别 对 Ｂ ｏｔ 分 ｏｓ 电感 电流 、 桥 交 流 电 半 流 、 弧 电流 、 割 电流 进 行 采 样 ， 而 完 成 前 级 引 切 从 的 ＡＦ 、 Ｐ Ｃ 后级 的 电流 闭环 及 电弧转 移控 制 。
ｔ ｔ ｉ ｔ ｒ ｅｈ ｉｕ ，ｕ ｈａ ｉｈｅｅｔ ｎｃｍａｎｔ ｎｅ ｅｅ ｃ （ ＭＩ ，ｏ ｐｅ ｉ ｕｔ ｎ ｏ ｅ ｕｃｓｆｌｒ— ａ ｌ ｃｔｃｎｑ ｅ ｓｃ ｓｈｇ ｌｃ ｏ ｉ ｃｐｏａ ｒ ｇｅｉ ｉｔｒ ｒｎ ｅ Ｅ ） ｃｍ ｌ ｃ ｃ ｉａ ｄｌｗ ｒ ｃｅｓ ａ ｃ ｆ ｘ ｒ ｓ ｕ
Ｊ ｌ ０ １ ｕｙ２ １
成 本 ． 级 采 用 半桥 逆 变 拓 扑 结 构 。 过 前 级 的三 后 通
的速 度 和 精 度 成 为 引 弧 成 功 与 否 的 关 键 因 素 。 引
相 不控 整 流 和 Ｂ ｏｔ电路 的 闭环 控 制 ， ｏｓ 将输 入 的三
弧 过 程 中存在 一 短 路 过 程 ， 若控 制 精度 不够 ， 小 很 的控 制 偏 差 就会 带 来 很大 的 电流 波 动 。导 致 系 统
１ ２１
作 者简 介 ： 孙 强 （ ９ ５ ） 男 ， 徽 丹 凤 人 ， 授 ， 究 方 １５ 一 ， 安 教 研
向为开 关 电源理论 与应 用。
第４ ５卷 第 ７期
２ １年 ห้องสมุดไป่ตู้ 月 ０１
电力 电 子技 术
Ｐｏ ｒＥｌｃｒ ｎｉｓ ｗｅ ｅ ｔｏ ｃ
Ｖｏ．５．Ｎｏ７ １ ４ ．
Ｓ ｉｎ ，ＬＵ Ｙ ｎ ｍ ｎ ＵＮ Ｑ ａ ｇ Ｉ ａ — ｉｇ
（ ｉｎ ｎｖｒｉ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｘ ’ｎ７ ０ ４ ，Ｃ ｉａ Ｘ ’ｎ Ｕ ｉ ｓｙｏ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ ｉａ １０ ８ ｈｎ ） ｅ ｔ ｆ ｏ
Ａｂｓｒ ｔ： ｔ ａｃ Ｔｈｅ ｇｔｌ ｏｎ ｒｌ ｓ ｓｅ ｆ ｒ ａｉ— ｌ ｓ ｔｉ ｇ ｉ ｖ ｒｅ ｗｅ ｓ ｐ ｙ ｄｉｉａ ｃ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｒｐ ａ ｍａ ｃｕｔｎ ｎ ｅ ｔ ｒ ｐｏ ｒ ｕｐ ｌ ｈａ ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ． ｉ ｕｔｉ ａ ｉ ｓ ｅ ｅ ｏ ｅ Ｔｈ ｓ ｃ ｔｎｇ ｍ ｃｈｎｅ
常 工 作 ．而 且 对 周 边 数 控 机 的 工 作 带 来 了严 重 的
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电磁 干 扰 ， 不 能 和 数 控 机 床 有 效 地 配 合 ， 而 影 更 从 响 等 离 子 切 割 机 走 向全 自动 化 的进 展 。这 里 采 用 先 进 控 制 器 Ｄ Ｐ ８ ２为 核 心 ，研 制 了一 台功 率 为 Ｓ２ １ １ Ｗ ． 割 电流 ３ ～ ０ ７ｋ 切 ０ １０ Ａ连 续 可 调 ， 有 切 割 、 并 切 网格 、气 刨 ３种 工 作 模 式 的 低 频 逆 变 式 空 气 等