CN112475568B - 双电压等离子切割机导弧控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种双电压等离子切割机导弧控制方法和装置，方法包括以下步骤：MCU控制系统检测输入电压值，进行自动识别判断输入电网模式；并根据输入电压检测电路的采样值锁定电源供给模式：当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值小于第一预设值时，判断为空载模式；当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值大于第二预设值时，判断为导弧模式；当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值在导弧模式下，且大于第三预设值时，判断为进入切割模式。本申请具有减少输出采样器件，降低生产设计成本的效果。
Description
技术领域
本申请涉及切割机技术领域，尤其是涉及一种双电压等离子切割机导弧控制方法和装置。
背景技术
目前公知的国内逆变等离子切割机电源设备，其基本工作原理：交流市电输入电压通过整流滤波后得到直流电压；再通过功率器件IGBT一次逆变将直流电压逆变成中频交流电压；中频交流电压施加到逆变变压器的初级进行中频变压器隔离降压；降压后的交流电压经快恢复二极管整流后得到适合切割使用的直流电；再利用气体作为导电介质，通过专用电路将割炬中气体电离形成高温高速的等离子弧及其焰流来熔化金属，最终移动割炬对各种金属进行切割。常用逆变等离子弧切割机主要由功率电路、气路及割炬组成。
市场也有一些双电压的空气等离子切割机电源，但整体采用多种器件实现控制，特别是输出电流采样和导弧控制采样上的控制方式十分复杂；相当不经济。在电压选择上受到一定的限制和存在一定的设计隐患；特别是在负载状态在，输入电压切换时，没有可靠的控制方法和保护电路，可靠性极低。
发明内容
为了减少输出采样器件，提高产品的可靠性，本申请提供一种双电压等离子切割机导弧控制方法和装置。
第一方面，本申请提供一种双电压等离子切割机导弧控制方法，采用如下的技术方案：
一种双电压等离子切割机导弧控制方法，输入交流电经过处理后通过功率器件IGBT逆变输出高频交流电再经过高频变压器隔离降压；降压后的交流电压经整流后得到适合切割使用的直流电；再利用气体作为导电介质，通过驱动电路将割炬中气体电离形成高温高速的等离子弧对各种金属进行切割；包括以下步骤：
MCU控制系统检测输入电压值，进行自动识别判断输入电网模式；并根据输入电压检测电路的采样值锁定电源供给模式：
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值小于第一预设值时，判断为空载模式，MCU控制系统输出空载模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，控制输出模式为空载模式；
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值大于第二预设值时，判断为导弧模式，MCU控制系统输出导弧模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，同时启动导弧控制电路，控制输出模式为导弧模式；
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值在导弧模式下，且大于第三预设值时，判断为进入切割模式，MCU控制系统输出切割模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，同时关闭导弧控制电路，MCU控制系统控制输出模式为切割模式。
通过采用上述技术方案，切割机输入电可能是市电，也可能是由发电机组提供，为了对输入各种电进行识别；MCU控制系统检测出输入电压，对电压进行判断；当输入电压小于第一预设值时，进入空载模式；当输入电压大于第二预设值时，为导弧模式；当输入电压大于第三预设值时，为切割模式，以实现对切割机的控制，双电压控制方法自动识别输入状态，来控制电路对输入电压的处理，以输出满足切割机需求的稳定电压、提高整机的可靠性。
可选的，自动识别判断输入电网模式：
当MCU控制系统检测到输入交流电压值大于270V，电源供给模式为整流模式，即输入交流电依次经过缓起电路和整流电路给功率变频逆变电路供电。
通过采用上述技术方案，当电压较大时，MCU控制系统自动识别，直接通过整流模式进行整流，为功率变频逆变电路供电。
可选的，自动识别判断输入电网模式：当MCU控制系统检测到输入交流电压值小于260V，电源供给模式为倍压模式，即输入交流电依次经过缓起电路和倍压电路给功率变频逆变电路供电。
通过采用上述技术方案，当电压较小时，MCU控制系统自动识别，将输入电压进行倍压，以满足功率变频逆变电路的供电需求。
可选的，自动识别判断输入电网模式：当MCU控制系统检测到输入交流电压值位于临界电压区域：260V～270V时，关闭切割机驱动电路，进入整流模式和倍压模式的切换。
通过采用上述技术方案，输入交流电压值位于临界电压区域：260V～270V时，此时电压不稳定，因此需要关闭切割机驱动电路，完成模式切换后，再打开切割机驱动电路，以增加电路的稳定性、提高整机的可靠性。
第二方面，本申请提供一种双电压等离子切割机导弧控制装置，采用如下的技术方案：
一种双电压等离子切割机导弧控制装置，包括如下模块：
MCU控制系统，用于接收采集的输入交流电的信号，输出PWM驱动控制信号；
输入电压检测电路，与MCU控制系统数据连接，用于采集输入交流电的电压值，并将该电压值转换成MCU控制系统可识别的信号；
整流滤波电路，用于对输入交流电进行整流和滤波，输出第一直流电；
切换电路，受控连接于MCU控制系统，用于倍压，配合整流滤波电路将输入交流电整流并倍压为第二直流电；
功率变频逆变电路，用于将第一直流电或第二直流电逆变为第一交流电；以及，
切割机驱动电路，包括高频变压器、输出整流控制电路、导弧控制电路和切割控制电路，用于将第一交流电降压并整流为第三直流电，为导弧控制电路和切割控制电路供电。
通过采用上述技术方案，输入电压检测电路采集输入交流电的参数并输入至MCU控制系统，进行识别，从而控制装置的输出模式；整流滤波电路，用于将输入交流电进行整流和滤波；切换电路用于切换整流模式和倍压模式的模式切换；功率变频逆变电路用于为切割机驱动电路供电，以实现对切割机的控制。
可选的，当MCU控制系统检测到输入交流电压值大于270V时，整流滤波电路对输入交流电进行整流滤波后，输出第一直流电至功率变频逆变电路，功率变频逆变电路输出第一交流电至切割机驱动电路，以驱动切割机工作。
通过采用上述技术方案，当电压较大时，MCU控制系统自动识别，直接通过整流模式进行整流，为功率变频逆变电路供电。
可选的，当MCU控制系统检测到输入交流电压值小于260V时，输入交流电经切换电路和整流电路进行整流和倍压，切换电路输出第二直流电至功率变频逆变电路，功率变频逆变电路输出第一交流电为切割机驱动电路供电，以驱动切割机工作。
通过采用上述技术方案，当电压较小时，MCU控制系统自动识别，将输入电压进行倍压，以满足功率变频逆变电路的供电需求。
可选的，当MCU控制系统检测到输入交流电压值位于临界电压区域：260V～270V时，MCU控制系统关闭切割机驱动电路，进入整流模式切换至倍压模式的预备状态或进入倍压模式切换至整流模式的预备状态。
通过采用上述技术方案，输入交流电压值位于临界电压区域：260V～270V时，此时电压不稳定，因此需要关闭切割机驱动电路，完成模式切换后，再打开切割机驱动电路，以增加电路的稳定性、整机的可靠性。
可选的，还包括功率检测电路，用于采集功率变频逆变电路的温度和输出功率电流信号，并反馈至MCU控制系统，MCU控制系统将采集的信号处理分析后输出相应的调整的PWM脉宽信号至切割机驱动电路。
通过采用上述技术方案，对功率变频逆变电路的温度和输出功率的电流信号进行检测，以实时监测功率变频逆变电路的电信号的变化，从而便于MCU控制系统判断并选择装置的输出模式。
可选的，还包括缓起电路，用于稳定输入交流电的电压。
通过采用上述技术方案，由于输入交流电存在不稳定的情况，缓起电路增加了输入电压的稳定性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.对切割机电源的网压输入检测，将输入信号传输给MCU控制系统，进行自动识别判断输入电网模式；再根据输入功率采样电路来锁定输出状态模式，减少输出采样器件；
2.功率采样电路，实现实时监控采样，将输出结果快速反应给MCU控制系统，MCU系统根据反馈判断输出值，与MCU系统进行比较后，给出相对应的PWM脉宽调整值，实现了切割机电源的控制；
3.简化了控制和硬件器件，降低了整机的成本，也为整机设计上了降低了很大的体积空间。
附图说明
图1是本申请双电压等离子切割机导弧控制方法的方法流程示意图；
图2是本申请双电压等离子切割机导弧控制装置的模块电路图。
附图标记：1、输入电压检测电路；2、缓起电路；3、切换电路；4、整流滤波电路；5、功率变频逆变电路；6、切割机驱动电路；7、功率检测电路。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。
本申请实施例公开一种双电压等离子切割机导弧控制方法，输入交流电经过处理后通过功率器件IGBT逆变输出高频交流电再经过高频变压器隔离降压；降压后的交流电压经整流后得到适合切割使用的直流电；再利用气体作为导电介质，通过驱动电路将割炬中气体电离形成高温高速的等离子弧对各种金属进行切割。如图1所示，
方法包括以下步骤：
切割机输入电可能是市电，也可能是由发电机组提供，为了对输入各种电进行识别。切割机接入交流电时，先进行输入电识别，MCU控制系统检测输入电压值，进行自动识别判断输入电网模式；并根据输入电压检测电路的采样值锁定电源供给模式：
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值小于第一预设值时，判断为空载模式，MCU控制系统输出空载模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，控制输出模式为空载模式。
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值大于第二预设值时，判断为导弧模式，MCU控制系统输出导弧模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，同时启动导弧控制电路，控制输出模式为导弧模式。
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值在导弧模式下，且大于第三预设值时，判断为进入切割模式，MCU控制系统输出切割模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，同时关闭导弧控制电路，MCU控制系统控制输出模式为切割模式。
自动识别判断输入电网模式：
当MCU控制系统检测到输入交流电压值大于270V，电源供给模式为整流模式，即输入交流电依次经过缓起电路和整流电路给功率变频逆变电路供电。
当MCU控制系统检测到输入交流电压值小于260V，电源供给模式为倍压模式，即输入交流电依次经过缓起电路和倍压电路给功率变频逆变电路供电。
当MCU控制系统检测到输入交流电压值在工作中进入临界电压区域：260V～270V时，为了保证整个切割机工作的稳定性，关闭切割机驱动电路，进行整流模式到倍压模式的切换。
本申请实施例还公开一种双电压等离子切割机导弧控制装置，如图2所示，
装置包括：输入电压检测电路1、缓起电路2、切换电路3、整流滤波电路4、功率变频逆变电路5和切割机驱动电路6；切割机驱动电路6包括高频变压器、输出整流电路、导弧控制电路和切割控制电路；装置还包括MCU控制系统。
为了判断切割机接入的外部交流电的电压值，输入电压检测电路1将检测到的采样值输入至MCU控制系统，MCU控制系统检测输入电压，进行自动识别判断输入电网模式；并根据输入电压检测电路1的采样值锁定电源供给模式。
自动识别判断输入电网模式：
输入交流电压值小于260V，切换电路3对输入电压进行倍压，输出第一交流电；第一交流电为功率变频逆变电路5供电，功率变频逆变电路5输出第二交流电；第二交流电经过切割机驱动电路6中的高频变压器降压后，切割机驱动电路6输出整流电路变为直流电，驱动切割机工作。
输入交流电压值大于270V，整流滤波电路4对输入电压进行整流滤波后，输出直流电；直流电输入至功率变频逆变电路5进行逆变成高频交流电，功率变频逆变电路5输出高频交流电经过切割机驱动电路6中的高频变压器降压，经过输出整流电路变为直流电，驱动切割机工作。
输入交流电压值在工作中进入临界电压区域（260V～270V）时，为了保证整个切割机工作的稳定性，关闭切割机驱动电路6，进行整流到倍压模式或倍压到整流模式的切换。
功率检测电路7采集功率变频逆变电路5的温度和输出功率电流信号，并反馈至MCU控制系统，功率变频逆变电路5输出通过高频变压器降压后给切割机驱动电路6供电，所以功率变频逆变电路5输出端电流信号实际也是PWM脉宽信号，MCU控制系统将反馈的电流信号与输出至切割机驱动电路6的PWM控制信号进行分析和处理，输出调整信号就变得简单并且控制更加稳定。
本申请实施例一种双电压等离子切割机导弧控制装置的实施原理为：根据输入信号的电压值自动识别判断输入电网模式，并根据输入电压检测电路1的采样值锁定电源供给模式，从而能够控制切换电路3，实现低电网自动倍压，高电压输入自动整流来满足输出结果，适应各种电源给装置供电。且实时采集功率变频逆变电路5的温度和输出功率电流信号反馈至MCU控制系统，MCU控制系统快速分析处理该反馈信号，输出相应的PWM控制信号至切割机驱动电路6，进一步便于稳定控制切割机的导弧和切割功能。简化了控制和硬件器件，降低了整机的成本，也为整机设计上节约了空间。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种双电压等离子切割机导弧控制方法，输入交流电经过处理后通过功率器件IGBT逆变输出高频交流电再经过高频变压器隔离降压；降压后的交流电压经整流后得到适合切割使用的直流电；再利用气体作为导电介质，通过驱动电路将割炬中气体电离形成高温高速的等离子弧对各种金属进行切割；
其特征在于：包括以下步骤：
MCU控制系统检测输入电压值，进行自动识别判断输入电网模式；并根据输入电压检测电路的采样值锁定电源供给模式：
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值小于第一预设值时，判断为空载模式，MCU控制系统输出空载模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，控制输出模式为空载模式；
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值大于第二预设值时，判断为导弧模式，MCU控制系统输出导弧模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，同时启动导弧控制电路，控制输出模式为导弧模式；
当MCU控制系统检测到切割机驱动功率采样电路的采样值在导弧模式下，且大于第三预设值时，判断为进入切割模式，MCU控制系统输出切割模式下的PWM脉宽控制信号到切割机驱动电路，同时关闭导弧控制电路，MCU控制系统控制输出模式为切割模式；
自动识别判断输入电网模式：
当MCU控制系统检测到输入交流电压值大于270V，电源供给模式为整流模式，即输入交流电依次经过缓起电路和整流电路给功率变频逆变电路供电；
当MCU控制系统检测到输入交流电压值小于260V，电源供给模式为倍压模式，即输入交流电依次经过缓起电路和倍压电路给功率变频逆变电路供电；
当MCU控制系统检测到输入交流电压值位于临界电压区域：260V～270V时，关闭切割机驱动电路，进入整流模式和倍压模式的切换。
2.一种双电压等离子切割机导弧控制装置，其特征在于：包括如下模块：
MCU控制系统，用于接收采集的输入交流电的信号，输出PWM驱动控制信号；
输入电压检测电路（1），与MCU控制系统数据连接，用于采集输入交流电的电压值，并将该电压值转换成MCU控制系统可识别的信号；
整流滤波电路（4），用于对输入交流电进行整流和滤波，输出第一直流电；
切换电路（3），受控连接于MCU控制系统，用于倍压，配合整流滤波电路（4）将输入交流电整流并倍压为第二直流电；
功率变频逆变电路（5），用于将第一直流电或第二直流电逆变为第一交流电；以及，
切割机驱动电路（6），包括高频变压器、输出整流控制电路、导弧控制电路和切割控制电路，用于将第一交流电降压并整流为第三直流电，为导弧控制电路和切割控制电路供电；
输入交流电压值大于270V时，整流滤波电路（4）对输入交流电进行整流滤波后，输出第一直流电至功率变频逆变电路（5），功率变频 逆变电路（5）输出第一交流电至切割机驱动电路（6），以驱动切割机工作；
输入交流电压值小于260V时，输入经切换电路（3）和整流电路进行整流和倍压，切换电路（3）输出第二直流电至功率变频逆变电路（5），功率变频逆变电路（5）输出第一交流电为切割机驱动电路（6）供电，以驱动切割机工作；
输入交流电压值位于临界电压区域：260V ~270V时，MCU控制系统关闭切割机驱动电路（6），进入整流模式切换至倍压模式的预备状态或进入倍压模式切换至整流模式的预备状态。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：还包括功率检测电路（7），用于采集功率变频逆变电路（5）的温度和输出功率电流信号，并反馈至MCU控制系统，MCU控制系 统快速分析处理该反馈信号，输出相应的调整的PWM控制信号至切割机驱动电路（6）。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：还包括缓起电路（2），用于稳定输入交流电的电压。
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