[实用新型]宽范围等离子切割机电流源

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无需降压变压器、宽范围直流电流范围的等离子切割直流电源，具体地，涉及一种宽范围等离子切割机电流源。

背景技术

机用等离子切割装置是由机械设备、电控设备、供气设备等组成，其中电控设备包括电源系统、数控系统、割炬系统和ECAN总线，电源系统又包括等离子电源、引弧箱、气控箱、冷却系统、管线等主要部分。

等离子电源是机用等离子切割装置的核心部件之一，按照其发展历程，先后可以包括各式硅整流式电源、晶闸管整流式电源、逆变式电源以及斩波式电源。其中，逆变式电源、斩波式电源是最具发展潜力的电源机种。逆变式电源适合输出电流位于30A-200A、20kW以下的应用场合。鉴于整体成本较低、效率较高、控制方便和便于容量扩充，尤其切割电流质量较高，在大功率等离子切割装置中，斩波式电源日益受到青睐，功率电路支持输出电流等级已经由130A、260A、400A、530A、650A、800，甚至达到1000A，用于切割更厚的金属板材和管材，功率等级也由22kW超175kW方向增加。正常工作时，等离子弧柱电压范围为50-175V(260A等级)、50-150V(130A等级)左右，但是输出电流等级与切割机容量配置有关，输出特性为快速下垂特性。

原有的斩波式电源为了获得较低的直流输出电压，功率电路一般配置如下：

(1)采用三相降压变压器和三相二极管不控整流器，输入三相380V交流正弦电压，得到三相220V交流电压，经过整流器后得到空载311V左右的直流电压，降压与整流效率只有0.98*0.98＝0.96左右；

(2)采用单级斩波(降压)BUCK DC-DC变换器，由于输出直流电压较低，输出电流较低时占空比较大，不会出现占空比较低以及相关问题，斩波降压的效率只有0.94-0.96，

结果，最后使得整机效率可达0.88-0.94，采用软开关技术可以提升效率到0.96左右。由于降压变压器采用了Y/YΔ结构，网侧功率因数可达0.88(输出130A)和0.98(输出260A)。

对于大功率的斩波式电源，为了改善网侧功率因数，只能采用多次级绕组的大功率降压变压器，可以将网侧功率因数提升到接近于1，而且降压变压器起到电气隔离作用，有利于改善等离子切割机系统的稳定性和可靠性，而且无需软上电环节。但是降压变压器体积庞大，非常笨重，消耗材料以及运输成本较多，而且变换效率也不高，一般不高于0.96-0.98。对于功率不是特别高的斩波式电源，可以采用三相LC滤波器+二极管整流器的供电方式，消除了降压变压器，额定负荷下网侧功率因数提升也可以做到0.96以上。

由于没有采用降压变压器，而采用了三相LC滤波器，整流器空载直流电压将高于网压峰值水平(600V左右)，与正常切割电压50-175V差距较大，如果采用传统单级BUCK DC-DC变换器，使得最低占空比过低，在轻载下尤为严重，BUCK DC-DC变换器工作在DCM状态下，失去可控性，造成开关损耗增加。为此可以采用多级传统BUCK DC-DC变换器依次串联或支持宽范围电流的新型BUCK DC-DC变换器。

综合以上，本实用新型就是不使用降压变压器，改使用三相LC滤波器，采用多级传统BUCK DC-DC变换器依次串联或支持宽范围电流的新型BUCK DC-DC变换器，构成一种适合130A以下的等离子电源的功率电路，即宽范围等离子切割机电流源。

经过对宽范围等离子切割机电流源现有技术以及相关技术的检索，发现主要有以下代表性文献：

田国涛.可实现宽范围电压输出的PWM平方型变换器电源的研究.华南理工大学，硕士学位论文，2004年；

伍健.等离子切割高性能电源系统的研究.南京航空航天大学，硕士学位论文，2010年.

前者提出一种宽范围电压输出的PWM平方型变换拓扑，后者提出一种采用降压变压器和单级BUCK DC-DC变换器的等离子电源。

综合以上，对宽范围等离子切割机电流源现有技术以及相关技术检索后发现，尚无基于三相LC滤波器、两级串联BUCK DC-DC变换器或支持宽范围电流BUCK DC-DC变换器等构成的适合130A以下的等离子电源的功率电路。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种宽范围等离子切割机电流源，支持输出直流电流可达130A，电路简单、控制方便，同时具有输入功率因数高、整机效率高等优点。