逆变式空气等离子切割机低频引弧技术的研究
2011年7月
PowerElectronics
Vol.45，No.7July2011
逆变式空气等离子切割机低频引弧技术的研究
孙
强，刘延明
710048）
（西安理工大学，自动化与信息工程学院，陕西西安
摘要：研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，有效地
解决了传统技术中存在的高电磁干扰、引弧电路复杂、引弧成功率低等问题。设计以高性能数字信号处理器通过理论分析、计算与仿真、控制算法的改进等措施，解决了低频引弧技术中的问DSP2812作为主控制芯片，
题。实验结果表明，该机具有可靠性高、电磁干扰小、一次引弧成功率高等特点。
关键词：切割机；低频引弧；半桥逆变中图分类号：TP13
文献标识码：A
文章编号：1000-100X（2011）07-0121-03
ResearchontheInverterAir-plasmaCuttingMachineofLFContactPilotArc
SUNQiang，LIUYan-ming
（Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，China）
Abstract：Thedigitalcontrolsystemforair-plasmacuttinginverterpowersupplyhasdeveloped.Thiscuttingmachinebasedonlowfrequencycontactpilotarcandhassuccessfullysolvedtheplentyofshort-comingsinconventionalcon-，tactpilotarctechnique，suchashighelectronicmagneticinterference（EMI）complexcircuitandlowersuccessfulra-tioofpilotarcandsoon.ThehighperformanceDSP2812isutilizedasthemainlycontrolchip.Bytheoryanalyse，calculateandsimulation，thedifficultyinlowfrequencycontactpilotarchasbeensolved.Theexperimentalresultsverifythatthepowersupplysystemhashigherstability，lowerEMIandhighersuccessfulratioofpilotarc.Keywords：cuttingmachine；lowfrequencycontactpilotarc；halfbridgeinverter
FoundationProject：SupportedbytheIndustrialResearchandDevelopmentProjectsofShaanxiProvincial（No.2011K09-；）05）TheIndustrialResearchandDevelopmentProjectsofXi’anScience&TechnologyBureau（No.CXY1017（1）
1引言2主电路拓扑结构
与传统的火焰切割或激光切割相比，等离子切
割机具有切割质量好、速度快、成本低等优势[1]。随着逆变技术的发展，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，大多数等离子切割机采用高频引弧方式，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常工作，而且对周边数控机的工作带来了严重的电磁干扰，更不能和数控机床有效地配合，从而影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DSP2812为核心，研制了一台功率为
切割电流30～100A连续可调，并有切割、17kW，
切网格、气刨3种工作模式的低频逆变式空气等离子切割电源。
基金项目：陕西省工业攻关研究发展计划（2011K09-05）；西安市科技局工业应用技术研发项目（CXY1017（1））定稿日期：2011-01-04作者简介：孙
强（1955-），男，安徽丹凤人，教授，研究方
向为开关电源理论与应用。
主电路选用了Boost-半桥逆变的拓扑结构，其
主电路拓扑结构如图1所示。
图1
等离子切割机主电路拓扑
图中VQ1为Boost电路IGBT驱动；VQ2，VQ3
为半桥PWM驱动信号，由DSP控制；VQ4用于引弧IGBT驱动。H1为升压电感电流传感器，检测到的电流值送往UC3854，用于控制VQ1，完成APFC；H2为用于过流检测的电流传感器；H3，H4为分别用于切割电流和引弧电流采样的电流传感器。前级Boost电路由控制器UC3854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
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