發(fā)布時(shí)間：2020-05-06 11:03

【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(chǎng)上的地位越來(lái)越高。現(xiàn)階段國(guó)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(kāi)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(jì)和選擇控制方法時(shí),遵循傳統(tǒng)電力電子變換器的設(shè)計(jì)原則,很多時(shí)候難以滿(mǎn)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(duì)其負(fù)載特性對(duì)控制方法進(jìn)行優(yōu)化。切割電源的正常工作存在三個(gè)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(duì)切割過(guò)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(guò)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(guò)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(jì)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(guò)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(guò)狹窄的噴嘴口接觸到工件表面,此時(shí)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(gè)過(guò)程中,等離子體的負(fù)載特性發(fā)生變化很大,而且切換時(shí)間極短。針對(duì)這一過(guò)程,分析了等離子體伏安特性的變化以及對(duì)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(shí)電弧伏安特性也會(huì)受到切割狀態(tài)的影響,其等效負(fù)載時(shí)刻在發(fā)生變化。系統(tǒng)為兩級(jí)式變換器,負(fù)載的突變會(huì)引起母線電壓的波動(dòng),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(gè)級(jí)聯(lián)系統(tǒng),分析其級(jí)聯(lián)穩(wěn)定性,并對(duì)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(dòng)。
【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(shí)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(kāi)關(guān)頻率的 1/20，響應(yīng)為 10-4s 級(jí)，并且有較大的相位裕度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(dòng)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(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM46

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2651167