新型非高频引弧等离子切割电源的研究

摘要

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熔化，并借助高速等离子的动量吹除熔融了的金属以形成切口的一种熔融切割方法。本文在等离子切割这一背景下，通过研究设计了一种新型的非高频引弧等离子切割电源，这种引弧方式能够很好的完成引弧，并且能够保证引弧的成功率。与传统的引弧方式相比，这种非高频引弧方式能够有效的减小传统高压高频引弧方式在引弧瞬间对电源控制系统造成强大的电磁干扰。
　　本文主要的研究内容是基于等离子切割这个背景对切割电源的研究，实现了适用于空气式等离子切割电源装置。该电源的主电路拓扑是三相交流电经过EMI滤波器，通过Boost电路升压和完成功率因数校正后，输出稳定的直流电压，然后经过半桥DC/AC逆变结构，再经过高频变压器隔离降压，最后整流成直流电给割据部分电路。通过加入EMI滤波器能够有效的减少电源和电网之间的电磁干扰，同时本文也设计了一种新型的基于UC3854BN控制芯片和Boost电路的功率因数校正器，通过加入该功率因数校正器能够有效的提高电源功率因数，通过后期实验实测功率因数在0.95左右。同时本文也详细的研究了电路中关键元器件参数的设计与选取方法，并着重对变压器和电感等磁性元件的设计方法进行了详述。并利用Pspice仿真软件对该等离子切割电源的主电路拓扑进行了仿真论证。
　　最后在对该电源系统详细的理论分析和设计的基础上，搭建了输出功率为16kw，频率为18KHz，输出电流为30～100A连续可调，最大切割能力为32mm钢板的切割电源装置，通过实际的调试和测试，该电源能够稳定引弧和切割，论证了前面电路设计的可行性。