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精细等离子切割电源的关键技术研究

精细等离子切割电源的关键技术研究

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作者：张睿铭上海交通大学

学位级别：硕士

随着等离子切割技术的不断发展,精细等离子切割的加工质量已经接近激光切割,同时等离子切割设备的成本又远低于激光切割,因此精细等离子切割越来越引起金属加工行业的重视。然而,现阶段我国国产的等离子切割设备主要集中在中低端切割领... 详细信息

随着等离子切割技术的不断发展,精细等离子切割的加工质量已经接近激光切割,同时等离子切割设备的成本又远低于激光切割,因此精细等离子切割越来越引起金属加工行业的重视。然而,现阶段我国国产的等离子切割设备主要集中在中低端切割领域,精细等离子切割设备的市场一直被国外公司所垄断。为了打破技术壁垒,本课题受企业委托,对精细等离子切割电源进行了研发。本文首先对精细等离子切割电源的总体方案进行了设计,通过方案比较与论证,功率模块采用并联Buck斩波式拓扑结构,并通过状态空间平均法对系统主电路建模,在频域对系统的稳定性进行分析;然后对精细等离子切割电源的硬件电路进行原理分析与设计,对各工作阶段的软件控制流程进行设计,在弧稳定阶段采用变参数PI控制策略,以及机床-电气结合的一体化控制方式,提高了输出电流的动态响应性能;之后针对含有小孔工件的精细等离子切割,设计自动气体控制箱,通过气体的自动控制与电流控制方案相结合,有效地提高了切割质量和切割效率;最后对精细等离子切割电源的CCC认证、实时显示各状态变量的可视化平台,以及电磁干扰等现场应用过程中发现的问题,给出了解决方案。研发完成的精细等离子切割电源在切割平台上进行了实验测试,实验结果表明:在切割电流为200 A,切割材料为低碳钢的实验条件下,电流纹波率为0.6%,得到的工件在小孔以及外轮廓方面均有较好的切割效果,工件拐角处尖锐,切割面倾斜度小于1°,切割表面清洁,挂渣很少,割纹均匀,满足了精细等离子切割的技术要求,基本达到了国外产品的切割水平。

关键词：精细切割等离子电源斩波电路小孔切割自动气体控制

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