[发明专利]等离子切割机输出电流纹波倍频及调制系统

摘要

本发明提供一种等离子切割机输出电流纹波倍频及调制系统，包括降压电路、斩波电路和割炬电路，所述斩波电路包括两组BUCK电路，两组BUCK电路输出端并联后与割炬电路的待加工的工件相连。本发明通过设计不连续的锯齿载波，在稳态时产生等占空比的PWM驱动信号控制两路BUCK电路的各自四个IGBT模块的通断，其中每一路BUCK电路的IGBT模块触发顺序依次相差90°，使得每一路的直流电流纹波四倍频，两路输出根据实际工况相差一定角度45°，互相补充使得合成的直流电流输出纹波八倍频，纹波电流幅值进一步减小。本发明支持输出电流纹波倍频、单管IGBT应力小、可模块化设计和支持大电流输出，而且控制原理清晰明了、控制信号发生简单。

主权项

1.一种等离子切割机输出电流纹波倍频系统的调制系统，所述等离子切割机输出电流纹波倍频系统，包括降压电路、斩波电路和割炬电路，其中：所述降压电路用以完成三相交流电压的变换；所述斩波电路用以合成一路稳定的直流电流；所述割炬电路用以完成精细切割；所述降压电路包括一只工频变压器，其中：所述工频变压器三相初级绕组的输入端分别与三相交流电源相连，其次级包括两组相差30°的三相次级绕组，三相次级绕组的初相分别为Y接0°和Δ接30°；所述斩波电路包括两组BUCK电路，分别是第一BUCK电路和第二BUCK电路，第一BUCK电路、第二BUCK电路输出端并联后与割炬电路的待加工的工件相连；其特征在于：所述第一BUCK电路包括：第一二极管不控三相整流桥、第一电解电容、第一功率电阻、第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第一反向快恢复功率二极管、第二反向快恢复功率二极管、第三反向快恢复功率二极管、第四反向快恢复功率二极管和第一平波电感，其中：第一二极管不控三相整流桥的输入为降压电路中Y接0°三相次级绕组的输出Ua1、Ub1与Uc1，第一二极管不控三相整流桥的直流输出正极与第一电解电容的正极、第一功率电阻的一端、第一反向快恢复功率二极管阴极、第二反向快恢复功率二极管阴极、第三反向快恢复功率二极管阴极、第四反向快恢复功率二极管阴极、第一平波电感的一端相连，第一二极管不控三相整流桥的直流输出负极与第一电解电容的负极、第一功率电阻的另一端、第一IGBT模块的发射极、第二IGBT模块的发射极、第三IGBT模块的发射极、第四IGBT模块的发射极相连，第一IGBT模块的集电极、第二IGBT模块的集电极、第三IGBT模块的集电极、第四IGBT模块的集电极与第一反向快恢复功率二极管阳极、第二反向快恢复功率二极管阳极、第三反向快恢复功率二极管阳极、第四反向快恢复功率二极管阳极相连，形成直流电源的负极，第一平波电感的另一端形成直流电源的正极；所述第二BUCK电路包括：第二二极管不控三相整流桥、第二电解电容、第二功率电阻、第五IGBT模块、第六IGBT模块、第七IGBT模块、第八IGBT模块、第五反向快恢复功率二极管、第六反向快恢复功率二极管、第七反向快恢复功率二极管、第八反向快恢复功率二极管和第二平波电抗器，其中：第二二极管不控三相整流桥的三相输入为降压电路中Δ接30°三相次级绕组的输出Ua2、Ub2与Uc2，第二二极管不控三相整流桥的直流输出正极与第二电解电容的正极、第二功率电阻的一端、第五反向快恢复功率二极管阴极、第六反向快恢复功率二极管阴极、第七反向快恢复功率二极管阴极、第八反向快恢复功率二极管阴极、第二平波电感的一端相连，第二二极管不控三相整流桥的直流输出负极与第二电解电容的负极、第二功率电阻的另一端、第五IGBT模块发射极、第六IGBT模块发射极、第七IGBT模块发射极、第八IGBT模块发射极，第五IGBT模块集电极、第六IGBT模块集电极、第七IGBT模块集电极、第八IGBT模块集电极与第五反向快恢复功率二极管阳极、第六反向快恢复功率二极管阳极、第七反向快恢复功率二极管阳极、第八反向快恢复功率二极管阳极相连，形成直流电源的负极，第二平波电感的另一端形成直流电源的正极；上述等离子切割机输出电流纹波倍频系统的调制系统包括滤波单元、期望电流比较单元、分数阶PID调节单元、限幅单元、载波比较单元和极性判断单元，其中：载波比较单元包括第一～第八载波比较单元；极性判断单元包括第一～第八极性判断单元；采样所得的运行中切割机输出电流信号，即两路BUCK电路输出的总电流信号io，送入滤波单元，经滤波单元滤波后的输出电流输入期望电流比较单元，期望电流比较单元将该输出电流与对应希望实际输出电流的期望电流相减得到电流误差，该电流误差输入分数阶PID调节单元，分数阶PID调节单元对电流误差进行比例积分微分调节，分数阶PID调节单元的输出与限幅单元相连，限幅单元确保分数阶PID调节输出限制在指定上下限之间，防止出现上溢和下溢，限幅单元的输出作为第一载～第八载波比较单元的一个输入，其另一输入分别为第一～第八载波，分别进行比较，即分数阶PID调节输出与载波进行大小比较，比较后的8路结果分别输入第一～第八极性判断单元，第一～第八极性判断单元进行极性判断：比较后的8路结果为正时输出高电平，比较后的8路结果为负时输出低电平，第一～第八极性判断单元的输出产生第一～第八PWM驱动信号，八个PWM驱动信号分别驱动BUCK电路中第一～第八IGBT模块的通断，完成输入电压到输出电流的变换；在稳态时，每只IGBT模块的驱动信号是由不连续的锯齿载波和控制信号相比较产生的，在稳态时具有相同的占空比，比较后极性为正，产生高电平，驱动相应的IGBT模块导通，比较后极性为负，产生低电平，驱动相应的IGBT模块关断；在动态时，每只IGBT模块的驱动信号的产生也是由不连续的锯齿载波和控制信号相比较产生的，占空比实时变化；通过等占空比的PWM驱动信号控制两路BUCK电路的八个IGBT模块的通断，其中每一路IGBT模块触发顺序依次相差90°，使得每一路的直流电流纹波4倍频，两路输出根据实际工况相差一定角度45°，互相补充使得合成的直流电流输出电流纹波频率8倍频，在任何工况下能够实现输出电流纹波的8倍频。