一种逆变式大功率精细等离子切割电源的制作方法

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种逆变式大功率精细等离子切割电源。

背景技术：

等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部融化，并借高速等离子的动量排出熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割包括普通等离子切割和精细等离子切割，精细等离子切割精度高于普通等离子切割精度，已接近激光切割的下限，其切割的零件几乎消除了二次加工成本，同时精细等离子切割的成本只有激光切割的三分之一，甚至更低，因此精细等离子切割已经成为等离子切割技术的发展方向。等离子切割电源是等离子切割系统的核心部件之一，对等离子切割的质量和效率至关重要。目前，单台等离子切割电源最大输出电流大多在200A以下，为满足大功率精细等离子切割的需要，通常将若干单台等离子切割电源并联以达到大电流的输出要求，但由于各单台电源之间工作不同步，总的输出电流将会产生震荡，导致整个电源存在输出不稳定的情况。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是获得输出电流稳定的逆变式大功率精细等离子切割电源，目的在于提供一种逆变式大功率精细等离子切割电源，解决当前逆变式大功率等离子切割电源输出电流不稳定的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种逆变式大功率精细等离子切割电源，包括逆变电源和控制单元，所述逆变电源包括一个主逆变电源和N个副逆变电源，一个主逆变电源和N个副逆变电源互相并联，所述控制单元控制主逆变电源和副逆变电源同步，N为正整数。

特别地，所述控制单元包括一个主逆变PWM信号控制模块，一个同步控制器和N个副逆变PWM信号控制模块，所述主逆变PWM信号控制模块连接主逆变电源，所述同步控制器的主控制端连接主逆变PWM信号控制模块，从控制端连接N个副逆变PWM信号控制模块，所述N个副逆变PWM信号控制模块对应连接N个副逆变电源。

特别地，所述同步控制器的同步信号控制时间t＝T/(N+1)，其中，T为主逆变电源和副逆变电源的工作周期。

特别地，所述主逆变电源和副逆变电源的工作脉宽ton≥T/(N+1),其中，T为主逆变电源和副逆变电源的工作周期。

特别地，所述主逆变电源和N个副逆变电源均包括一次整流电路、逆变电路和二次整流电路，外部交流电压依次经一次整流电路、逆变电路和二次整流电路后输出直流电压。

特别地，所述控制单元还包括一个主逆变输出控制模块和N个副逆变输出控制模块，主逆变电源的逆变电路控制端和其二次整流电路输出正端之间设置主逆变输出控制模块，每个副逆变电源的逆变电路控制端和其二次整流电路输出正端之间均设置一个副逆变输出控制模块。

特别地，所述主逆变输出控制模块和N个副逆变输出控制模块均包括电流检测传感器和PI控制器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述一种逆变式大功率精细等离子切割电源在实现大功率输出的同时能够进一步输出稳定的电流，从而保证精细等离子切割的切割精度，提高精细离子切割的质量和效率，避免了因输出电流震荡而导致精细等离子切割精度降低的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的逆变式大功率精细等离子切割电源电路结构框图。

图2为本发明实施例1提供的单台主逆变电源工作波形图。

图3为本发明实施例1提供的单台副逆变电源工作波形图。

图4为本发明实施例1提供的无同步信号控制的主、副逆变电源并联后工作电流波形图。

图5为本发明实施例1提供的同步信号控制的主、副逆变电源并联后工作电流波形图。

图6为本发明实施例2提供的逆变式大功率精细等离子切割电源电路结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，图1为本发明实施例1提供的逆变式大功率精细等离子切割电源电路结构框图。

本实施例中，所述逆变式大功率精细等离子切割电源包括逆变电源和控制单元，所述逆变电源包括一个主逆变电源和一个副逆变电源。

所述主逆变电源包括主电源一次整流电路、主电源逆变电路和主电源二次整流电路，外部交流电压依次经主电源一次整流电路、主电源逆变电路和主电源二次整流电路后输出直流电压。主电源二次整流电路输出端电压定义为U01、主电源二次整流电路输出端电流定义为I01。

所述副逆变电源与主逆变电源并联，包括副电源一次整流电路、副电源逆变电路和副电源二次整流电路，外部交流电压依次经副电源一次整流电路、副电源逆变电路和副电源二次整流电路后输出直流电压。副电源二次整流电路输出端电压定义为U02、副电源二次整流电路输出端电流定义为I02，主逆变电源与副逆变电源并联后的输出端电流定义为I0。

所述控制单元包括一个主逆变PWM信号控制模块，一个同步控制器和一个副逆变PWM信号控制模块。所述主逆变PWM信号控制模块连接主电源逆变电路的控制端，控制主电源逆变电路的工作周期；所述副逆变PWM信号控制模块连接副电源逆变电路的控制端，控制副电源逆变电路的工作周期；所述同步控制器的主控制端连接主逆变PWM信号控制模块，从控制端连接副逆变PWM信号控制模块，控制副电源逆变电路与主电源逆变电路同步工作；

本实施例的优选实施方式为所述控制单元还包括一个主逆变输出控制模块和一个副逆变输出控制模块。主逆变PWM信号控制模块和主电源二次整流电路输出正端之间设置主逆变输出控制模块，所述主逆变输出控制模块包括主电源电流检测传感器和主电源PI控制器，主电源电流检测传感器获取主逆变电源输出电流数值，将其反馈至主电源PI控制器，主电源PI控制器结合反馈电流值和设定电流值进行PI调节，输出信号至主逆变PWM信号控制模块，调节主逆变电源的输出电流。副逆变PWM信号控制模块和副电源二次整流电路输出正端之间设置副逆变输出控制模块，所述副逆变输出控制模块包括副电源电流检测传感器和副电源PI控制器，副电源电流检测传感器获取副逆变电源输出电流数值，将其反馈至副电源PI控制器，副电源PI控制器结合反馈电流值和设定电流值进行PI调节，输出信号至副逆变PWM信号控制模块，调节副逆变电源的输出电流。

本实施例所述的逆变式大功率精细等离子切割电源工作原理如下：

本实施例采用主逆变电源、副逆变电源两台独立的电源并联使用实现大电流、大功率的输出。如图2、图3所示，图2为本发明实施例1提供的单台主逆变电源工作波形图，图3为本发明实施例1提供的单台副逆变电源工作波形图。主逆变电源的工作周期为T1，副逆变电源的工作周期为T2，现有技术将主逆变电源和副逆变电源直接并联使用，则主逆变电源的工作周期为T1和副逆变电源的工作周期为T2并不能保证绝对相同，两台电源有可能同步工作，也有可能交替工作，故并联后输出的总电流将发生震荡，如图4所示，图4为本发明实施例1提供的无同步信号控制的主、副逆变电源并联后工作电流波形图。其中，震荡电流纹波ΔI0最大将达到ΔI01+ΔI02。本实施例采用同步控制器，保证主逆变电源和副逆变电源同步工作，如图5所示，图5为本发明实施例1提供的同步信号控制的主、副逆变电源并联后工作电流波形图。其中，T为主逆变电源和副逆变电源的工作周期，ton为主逆变电源和副逆变电源的工作脉宽，因同步控制器控制主逆变电源和副逆变电源同步工作，故两台电源的工作周期T和工作脉宽ton相同，t为同步信号控制时间，当t＝T/2时，震荡电流纹波ΔI0最小。图5所示的工作脉宽ton<T/2，此时震荡电流纹波ΔI0明显小于图4所示。同理，当ton>T/2时，并联后输出电流I0的波形几乎平直，其震荡电流纹波ΔI0近乎为零。由此可知，同步控制器控制主逆变电源和副逆变电源同步工作的情况下，主逆变电源和副逆变电源并联，不仅能实现大电流的输出，进而实现大功率的输出，而且同时能获得稳定的输出电流，避免电流震荡，从而保证精细等离子切割的切割精度。

实施例二

为了获得更大功率的电源，本实施例采用一个主逆变电源与两个副逆变电源并联的方式。如图6所示，图6为本发明实施例2提供的逆变式大功率精细等离子切割电源电路结构框图。

本实施例二与实施例一的区别在于所述副逆变电源包括第一副逆变电源和第二副逆变电源，相应的，所述副逆变PWM信号控制模块包括第一副逆变PWM信号控制模块和第二副逆变PWM信号控制模块，同步控制器控制主逆变电源、第一副逆变电源和第二副逆变电源同步工作，相应的所述副逆变输出控制模块包括第一副逆变输出控制模块和第二副逆变输出控制模块，所述同步信号控制时间t＝T/3时，震荡电流纹波ΔI0最小。当工作脉宽ton<T/3，此时震荡电流纹波ΔI0明显小于图4所示。同理，当ton>T/3时，并联后输出电流I0的波形几乎平直，其震荡电流纹波ΔI0近乎为零。由此可知，同步控制器控制主逆变电源、第一副逆变电源和第二副逆变电源同步工作的情况下，主逆变电源、第一副逆变电源和第二副逆变电源并联，不仅能实现更大电流的输出，进而实现更大功率的输出，而且同时能获得稳定的输出电流，避免电流震荡，从而保证精细等离子切割的切割精度。

以此类推，所述逆变式大功率精细等离子切割电源包括N个副逆变电源、N个副逆变控制器和N个副逆变输出控制模块，同步控制器控制主逆变电源和N个副逆变电源同步工作，所述同步信号控制时间t＝T/(N+1)时，震荡电流纹波ΔI0最小。当工作脉宽ton<T/(N+1)，此时震荡电流纹波ΔI0明显小于图4所示。同理，当ton>T/(N+1)时，并联后输出电流I0的波形几乎平直，其震荡电流纹波ΔI0近乎为零。由此可知，同步控制器控制主逆变电源和N个副逆变电源同步工作的情况下，主逆变电源和N个副逆变电源并联，不仅能实现更大电流的输出，进而实现更大功率的输出，而且同时能获得稳定的输出电流，避免电流震荡，从而保证精细等离子切割的切割精度。

本发明的技术方案通过同步控制器控制主逆变电源和副逆变电源同步工作，将主逆变电源和副逆变电源并联使用，从而实现逆变式大功率精细等离子切割电源在大功率输出的同时能够进一步输出稳定的电流，保证精细等离子切割的切割精度，提高精细离子切割的质量和效率，避免了因输出电流震荡而导致精细等离子切割精度降低的问题。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。