斜率和T = 20ms到T = 40ms期间电压的上升斜率相等。当电压大于某个值后，此时该电 压产生的电流已经能够维持小弧，则小弧电流又产生。
[0058] 不管引横弧电流是连续的情况还是不连续的情况，引弧瓷管电阻上电压电流的波 形都类似于锯齿波。该控制方法的引弧瓷管电阻上的功率等级是引横弧时采用电流闭环控 制方法的三分之一。
[0059] 本发明的控制方法需要设计三个参数，具体包括：
[0060] (1)移相全桥输出占空比置零时的输出电压值U。的设计
[0061] 移相全桥输出占空比置零时的输出电压值U。的大小决定了引弧瓷管电阻电流的 峰值，根据工程经验，此电压值取180V。
[0062] (2)引横弧结束判断条件输出电流值I。的设计
[0063] 引横弧结束判断条件输出电流值I。不易过大，否则双弧同时产生的时间过久容易 烧毁钨极和割炬，此处取20A。
[0064] (3)移相全桥输出占空比线性增加的速率V。的设计
[0065] 取横弧电流临界连续的情况计算，假设维持横弧不熄灭的最小引弧电流 为1_，则工作模态2中第二电容C2电流减小到I _的时间为T _，T_的计算方法如 下：
联立方程解得！~_的表达式为：
工作模态3中横弧电流初始值即1_，则联立 如下方程可解得临界情况下的占空比增加速率
：，D(t) =Λ D，i3(t)
显然当V < vmin时，横弧 电流不连续；当V>V_时，横弧电流连续；横弧电流不连续显然不是最理想的工作情况，所 以V要大于V_，但是V也不能无限制大，当V为正无穷时，该策略就等效于横弧电流闭环控 制方法，V越大，所需的引弧瓷管电阻功率等级越大。当V变大时，输出电压从0增加到U。 所需的时间也变小，也就是说在相同时间内，横弧电流波形更陡，尖峰出现的次数更多，横 弧质量越好。所以移相全桥输出占空比增加速率V的取值要综合考虑引弧瓷管电阻功率等 级和横弧质量，一般V取值略大于v_即可。
[0066] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种空气等离子切割单传感器引弧电路，其特征在于，包括引弧吸收模块（4)、维弧 模块（5)和滤波模块（3); 所述滤波模块（3)的输入端用于连接移相全桥模块（2)的输出端，所述滤波模块（3) 的输出端用于连接至检测模块（7)的输入端； 所述引弧吸收模块（4)的第一输入端连接至所述滤波模块（3)的输出端，所述引弧吸 收模块（4)的第二输入端连接至高频模块(6)的第二输出端，所述引弧吸收模块（4)的第 一输出端与移相全桥模块（2)的第二输入端连接，所述引弧吸收模块（4)的第二输出端与 所述维弧模块（5)的第一输入端连接，所述引弧吸收模块（4)的第三输出端与割炬连接； 所述维弧模块（5)的第二输入端连接至所述滤波模块（3)的输出端，所述维弧模块（5) 的输出端与割炬连接。2. 如权利要求1所述的空气等离子切割单传感器引弧电路，其特征在于，所述滤波模 块（3)包括滤波电感k，其一端作为所述滤波模块（3)的输入端，另一端作为所述滤波模块 (3)的输出端。3. 如权利要求1或2所述的空气等离子切割单传感器引弧电路，其特征在于，所述引弧 吸收模块（4)包括第一电容C1、第二电容C 2、第三电容C3和第三电阻R3; 所述第一电容(^的一端作为所述引弧吸收模块（4)的第一输入端，所述第二电容(：2的 一端作为所述引弧吸收模块（4)的第二输出端，所述第一电容C1的另一端和所述第二电容 C2的另一端连接后作为所述引弧吸收模块（4)的第一输出端； 所述第三电容(：3的一端和所述第三电阻1?3的一端相连后作为所述引弧吸收模块（4) 的第三输出端，所述第三电容C3的另一端和所述第三电阻1?3的另一端相连后作为所述引弧 吸收模块（4)的第二输入端。4. 如权利要求3所述的空气等离子切割单传感器引弧电路，其特征在于，所述维弧模 块（5)包括第二电阻R2、第一开关管Q 1、第一二极管DJP引弧瓷管电阻Rarc; 所述第二电阻R2的一端和所述第一开关管Q1的一端连接后作为所述维弧模块（5)的 第二输入端，所述第二电阻R2的另一端作为所述维弧模块（5)的第一输入端； 所述引弧瓷管电阻Rara的一端与所述第一开关管Q1的另一端连接，所述引弧瓷管电阻 Rarc的另一端作为所述维弧模块（5)的输出端。5. -种空气等离子切割单传感器引弧电路的控制方法，其特征在于，包括下述步骤： ⑴判断割枪开关是否闭合，若是，则转入步骤⑵；若否，则引弧过程结束； (2) 判断检测的输出电压是否大于等于阈值电压，若是，则控制移相全桥模块的输出占 空比为零；若否，则控制移相全桥模块的输出占空比线性增加，使得所述移相全桥模块的输 出电压线性增加； (3) 判断检测的输出电流是否大于等于阈值电流，若是，则引横弧过程结束；若否，则 返回至步骤（1)。6. 如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述阈值电压为180V，所述阈值电流为 20A〇7. 如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述引横弧过程分为三个工作模态，第 一工作模态中，移相全桥模块的输出占空比被置零后，第一电容(^开始放电，引弧瓷管电阻 Rarc上的电流U。为移相全桥输出占空 比置零时的输出电压值，MO)为工作模态一初始时刻第一电容C1上的电压，t为工作模 态一的持续时间，T i为工作模态一等效电路的RC放电时间常数，Rarc为引弧瓷管电阻的阻 值W1为第一电容C 1的容值； 第二工作模态中，第一电容C1放电结束后，第二电容C 2进行放电，引弧瓷管电阻上的电 流：U。为移相全桥输出占空比置零 时的输出电压值，R2为第二电阻R2的阻值，C2为第二电容C 2的容值，τ 2为工作模态二等效 电路的RC放电时间常数，MO)为工作模态二初始时刻第二电容C2上的电压； 第三工作模态中，主电路给引弧环节提供能量，并同时给第一电容C1和第二电容C 2充 电；引弧瓷管电阻的电流U1为输入电源电压，N为移相全桥变压器原副边 匝比，Rd为移相全桥占空比丢失等效电阻，D(t)为t时刻时移相全桥的输出占空比。8. -种引弧系统，包括输入电源（1)、移相全桥模块（2)、引弧电路、检测模块（7)、高频 模块（6)和控制模块（8);所述移相全桥模块（2)的第一输入端连接所述输入电源（1)，所 述移相全桥模块（2)的第二输入端连接至所述引弧电路的第二输出端和所述高频模块（6) 的第二输出端，所述引弧电路的第一输入端连接至所述移相全桥模块（2)的输出端，所述 检测模块（7)的输入端连接至所述引弧电路的第一输出端，所述检测模块（7)的第一输出 端和第二输出端连接控制模块（8)，所述检测模块（7)的第一输出端还连接工件；所述引弧 电路的第二输入端连接至所述高频模块（6)的第二输出端，所述引弧电路的第三输出端连 接至割炬；所述高频模块（6)的输入端连接钨极；所述控制模块（8)的输出端连接至所述 移相全桥模块（2)的第三输入端；其特征在于，所述引弧电路为权利要求1-4任一项所述的 空气等离子切割单传感器引弧电路。9. 如权利要求8所述的引弧系统，其特征在于，所述控制模块（8)包括依次串联连接的 参数获取模块（81)、占空比增速计算模块（82)、引横弧控制模块（83)和驱动模块（84)。
【专利摘要】本发明公开了一种空气等离子切割机单传感器引弧电路及其控制方法。该引弧电路包括输入电源、移相全桥模块、滤波模块、引弧吸收模块、维弧模块、检测模块、高频模块、控制模块。本发明的控制方法仅用一个电流检测霍尔来实现引弧的控制，具体方法如下：先获取引弧电路的参数，计算出适合的占空比增加速度，再结合检测到的输出电压和输出电流信号，进行引横弧控制，最后把控制信号送入驱动模块，产生驱动信号并送入移相全桥。本发明的控制方法使得引弧电阻上的电流电压波形为锯齿波，大大减小了引弧电阻的功率等级，提高了切割机的效率，而且由于只使用了一个电流霍尔，减小了切割机的体积和重量。
【IPC分类】B23K10/00
【公开号】CN105414728
【申请号】CN201511000541
【发明人】段善旭, 胡宏晟, 蔡涛, 王涛, 韩明
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月25日