CN212012490U - 等离子炬电磁线圈用电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子炬电磁线圈用电源，包括配电单元、桥式整流模块、H桥模块、SPWM调节装置、DCCT、控制机箱、触屏控制及显示单元电连接设置在机柜内；输入三相电AC380V由配电送入到输入桥式整流模块内，经整流桥整流及滤波电路滤波后，输出约515V的直流母线电压，后经高频变压器和次级整流滤波，输出DC80V500A直流供电，使用4只桥式整流模块并联，可输出最大80V2000A直流供电；直流电压经过由H桥模块后，再经SPWM调节模块的全桥逆变电路逆变后满足输出频率及输出波形要求，供给连接负载使用。

Description

等离子炬电磁线圈用电源

技术领域

本实用新型涉及一种交流逆变电源，特别涉及一种等离子体炬电磁线圈用电源。

背景技术

随着等离子技术的发展，越来越多的领域采用等离子炬来实现点火或者燃烧，随着等离子炬功率增大，电流也随之增大，等离子的阴阳极烧蚀寿命短便成为瓶颈，特别是阴极。所以要使等离子技术在更多领域的推广应用，解决等离子使用寿命成了一大关键难题。

一种解决大电流、高电压的大功率等离子管式阴阳极发生器的烧蚀寿命方法，是通过在发生器的管式阴极和管式阳极上匹配与之相适应的电磁线圈，通过改变电磁线圈的电流波形、大小、频率，从而改变交变磁场的大小，通过磁场的变化来约束等离子弧的旋转与移动，再匹配尾气的调节，使得等离子弧在一定的轴向区间内，以可控的速度旋转扫描，减小烧蚀速率，从而提高等离子弧对管状铜电极的烧蚀寿命。

针对以上新的应用需求，开发出高效稳定等离子炬电磁线圈电源，使电源的有大电流、低电压参数，运用可变频的特性产生变化磁场，从而使得等离子弧在预定的方向上按照可设定的速度移动。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种等离子体炬电磁线圈用电源。主要解决三个问题，第一是输出波形的种类，第二是输出波形的频率，第三是输出功率的效率。同时兼具有波形畸变小、体积小、噪音低等优点。

本实用新型所采用的技术方案是，一种等离子炬电磁线圈电源，包括配电单元、桥式整流模块、H桥模块、SPWM调节装置、DCCT、控制机箱、触屏控制及显示单元电连接设置在机柜内。所述的控制机箱内部有两部分，其一是PLC控制单元，其二是SPWM控制板卡。

输入三相电(AC380V)由配电送入到输入桥式整流模块内，经整流桥整流及滤波电路滤波后，输出约515V的直流母线电压，后经高频变压器和次级整流滤波，输出DC80V500A直流供电，使用4只桥式整流模块并联，可输出最大80V2000A直流供电；直流电压经过由H桥模块后，再经SPWM调节模块的全桥逆变电路逆变后满足输出频率及输出波形要求，供给连接负载使用。

进一步，所述的桥式整流模块，使用4个完全相同的桥式整流模块并联。电路采用两级结构，前级为三相整流及无源PFC变换模块，实现三相交流电到直流电的变换，该变换模块提高电路功率因数，减少电源对电网的谐波污染,具备高可靠性；后级DC/DC模块完成直流电压的变换与输出，采用ZVS软开关技术，使DC/DC变换电路中的开关管均工作在软开关状态，减少开关电源高频时的开关损耗，提高电源效率，减小EMI干扰。4台完全相同的桥式整流模块，有两种工作模式，一种是2台和2台并联，然后分两路输出，另一种工作模式是，4台完全并联，总电流一路输出。两种模式的选择，取决于与输出负载的硬件连接方式，以及对控制机箱的软件设置。

进一步，所述的H桥模块，由两个半导体组件组成的全桥逆变电路，半导体组件固定在水冷板上，通过水冷板进行散热。H桥模块也是共有两组，两组可以并联工作，即适用于单路输出的模式，还有一种是两组独立工作，适用于2路输出模式。

进一步，所述的SPWM调节装置，SPWM的软件生成法为规则采样法，规则采样的主要原理是，在三角波每一个周期内的固定时刻，找到正弦调制波上的对应电压值，就用此值对三角波进行采样，以决定功率开关元件的导通与关断时刻，而不管在采样点上正弦波与三角波是否相交。

进一步，所述的SPWM调节装置的调制方式，本电源采用双极性SPWM调制方式。双极性调制相对于其他两种方式具有效率高、动态特性好、不存在过零点振荡等问题。双极性因为四个开关管按照各自脉冲序列同时工作，输出始终都是SPWM波，同等滤波条件下，谐波电流小。

进一步，所述的整体结构，其特征在于：下端使用4个桥式整流模块并联排列，机柜的上方安装H桥模块和控制机箱，以及触屏显示单元。

本实用新型的有益效果：本电源由于采用双极性SPWM调制方式。双极性调制相对于其他两种方式具有效率高、动态特性好、不存在过零点振荡等问题。双极性因为四个开关管按照各自脉冲序列同时工作，输出始终都是SPWM波，同等滤波条件下，谐波电流小。且采用模块化的安装结构，在安装、调试和拆卸时可单独针对模块进行，并可对模块进行单独的拆卸安装；从而安装和拆卸较为简单方便，利于后期的维护，并且，可对局部缺陷和故障进行单独的维修或者更换，提高电源的利用率；由于是整体模块化结构以及可拆卸式安装，可以根据需要进行扩容。

本实用新型较之目前市场上的类似电源，主要存在以下几方面的优点，其一，输出波形比较全面，一般市场产品输出波形是三角波、正弦波或者方波之一，而本电源，则可以实现三种波形均可输出。其二，输出波形的频率较高。一般市场上电源，输出频率在1kHz以内，而本电源的输出频率，最高可以达到5kHz(不至于产生严重的畸变)。第三，本电源效率较高，高频率输出情况下仍能达到85％以上，而市场上一般产品一般低于80％。

以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型原理示意图。

图2为本实用新型桥式整流模块原理示意图。

图3为本实用新型H桥模块原理示意图。

图4为本实用新型机柜示意图。

具体实施方式

本实施例中，发明主体为一台电源机柜，图4为电源的结构布局示意图。如图所示，本发明的主要结构包括：1，显示装置，2，H桥模块，3，控制机箱，4，桥式整流模块，5，结构机柜及附件，分为上下两半部分，上半部分前面是显示装置1，后面摆放的是控制机箱3，控制机箱3内部有两部分，其一是PLC控制单元，其二是SPWM控制板卡。下方是4台桥式整流模块4，桥式整流模块4中间的位置，摆放2组H桥模块2。

图1为本实用新型原理示意图：如图1所示，一种等离子体炬电磁线圈用电源是包括配电单元、桥式整流模块、H桥模块、SPWM调节装置、DCCT、控制机箱、触屏控制及显示单元电连接设置在机柜内；所述的控制机箱内部有两部分，其一是PLC控制单元，其二是SPWM控制板卡。输入三相电(AC380V)由配电送入到输入桥式整流模块内，经整流桥整流及滤波电路滤波后，输出约515V的直流母线电压，后经高频变压器和次级整流滤波，输出DC80V500A直流供电，使用4只桥式整流模块并联，可输出最大80V2000A直流供电；直流电压经过由H桥模块后，再经SPWM调节模块的全桥逆变电路逆变后满足输出频率及输出波形要求，供给连接负载使用。输出端以DCCT及控制机箱，以及触屏控制及显示单元实现控制信息的输入和设备整机工作状态的显示，形成闭环控制。

图2为桥式整流模块的原理示意图。本电源采用了4个完全相同的桥式整流模块。单一模块的原理如图2所示，三相电(AC380V)由配电(主要包括断路器)输入，由三相整流滤波电路实现工频的AC/DC,经IGBT全桥实现DC/AC的高频逆变，由纳米晶高频变压器隔离变比和高频整流电路实现AC/DC，最后经外置的滤波电感输出。在每一个模块的输出上进行电流采样，将反馈采样的信号提供给控制机箱。同时，控制机箱采用PWM控制技术来调节高频逆变电路实现调节输出功能，外围配有控制环路及保护电路，包括输入过欠压保护、所有功率半导体器件的过温保护、全桥的过流保护。通过控制变压器从输入三相电的配电侧取电，提供给控制电路，实现控制机箱的供电。

图3为H桥模块原理示意图。如图3所示，直流母线电压经过由两个半导体组件组成的全桥逆变电路逆变调节后输出，半导体组件安装在一块水冷板上，通过水冷板进行散热。

H桥模块也是共有两组全桥逆变电路，两组可以并联工作，即适用于单路输出的模式，还有一种是两组独立工作，适用于2路输出模式。

全桥逆变电路是一种比较常用的逆变电路，它的电路结构主要是由四个桥臂组成，其中每一个桥臂都有一个全控器件半导体组件和一个反向并接的续流二极管，在直流侧并联有大电容而负载接在桥臂之间。

图4所示的桥式整流模块，背面有两根铜排输出(分别为正极和负极)，4台模块的输出铜排采用正极两两分别通过铜排连接、负极两两分别通过铜排连接的形式。

图4所示的桥式整流模块，4台完全相同的桥式整流模块，有两种工作模式，一种是2台和2台并联，然后分两路输出，另一种工作模式是，4台完全并联，总电流一路输出。两种模式的选择，取决于与输出负载的硬件连接方式，以及对控制机箱的软件设置。

图4所示的H桥模块，半导体组件固定在水冷基板上，通过连接铜排引出电流。所示的显示装置1，为7寸触摸屏，用于人机交互界面的显示和数据输入。所示的控制机箱3，内部主要包括2部分，其一是基于PLC模块的电源控制系统，体现形式是PLC及扩展模块布置在机箱内。其二是SPWM控制信号板卡，体现形式是一块控制板，控制板内置软件。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种等离子炬电磁线圈用电源，其特征在于：包括配电单元、桥式整流模块、H桥模块、SPWM调节装置、DCCT、控制机箱、触屏控制及显示单元电连接设置在机柜内；所述的控制机箱内部有两部分，其一是PLC控制单元，其二是SPWM控制板卡；输入三相电AC380V由配电送入到输入桥式整流模块内，经整流桥整流及滤波电路滤波后，输出约515V的直流母线电压，后经高频变压器和次级整流滤波，输出DC80V500A直流供电；或使用4只桥式整流模块并联，可输出最大80V2000A直流供电；直流电压经过由H桥模块后，再经SPWM调节装置的全桥逆变电路逆变后满足输出频率及输出波形要求，供给连接负载使用。

2.根据权利要求1所述的等离子炬电磁线圈用电源，其特征在于，所述的桥式整流模块采用4模块并联的结构，单模块电路采用两级结构，前级为三相整流及无源PFC变换模块，实现三相交流电到直流电的变换；后级DC/DC模块完成直流电压的变换与输出，采用ZVS软开关技术，使DC/DC变换电路中的开关管均工作在软开关状态。

3.根据权利要求1或2所述的等离子炬电磁线圈用电源，其特征在于，所述的H桥模块，由四个半导体组件模块组成的全桥逆变电路，半导体组件固定在水冷板上，通过水冷板进行散热；两组并联工作，即适用于单路输出的模式；或是两组独立工作，适用于二路输出模式。

4.根据权利要求1或2所述的等离子炬电磁线圈用电源，其特征在于，所述的SPWM调节装置，是采用SPWM的软件生成法为规则采样法的SPWM调节装置。

5.根据权利要求4所述的等离子炬电磁线圈用电源，其特征在于，所述的SPWM调节装置采用双极性SPWM调制方式，双极性因为四个开关管按照各自脉冲序列同时工作，输出始终都是SPWM波。

6.根据权利要求根据权利要求1所述的等离子炬电磁线圈用电源，其特征在于，所述的电源是整体结构，机柜下端使用4个电源模块并联排列，机柜的上方安装H桥模块和控制机箱，以及触屏显示单元。

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