弧成功率和尚质量且可调的横弧 电流，适用于高频非接触型的空气等离子切割机的应用。
[0031] 图1和图2分别示出了本发明实施例中空气等离子切割机结构示意图和具体电路 图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0032] 本发明提供了一种引弧系统，包括输入电源1、移相全桥模块2、滤波模块3、引弧 吸收模块4、维弧模块5、检测模块7、高频模块6和控制模块8 ;移相全桥模块2第一输入端 接输入电源1，移相全桥模块2输出端与滤波模块3输入端连接，移相全桥模块2第二输入 端与高频信号模块6第一输出端连接，滤波模块3第一输出端与引弧吸收模块4第一输入 端连接，滤波模块3第二输出端与维弧模块5第二输入端连接，滤波模块3第三输出端与检 测模块7输入端连接，引弧吸收模块4第一输出端与移相全桥模块2第二输入端连接，引弧 吸收模块4第二输出端与维弧模块5第一输入端连接，引弧吸收模块4第三输出端与割炬 连接，引弧吸收模块4第二输入与高频模块6第二输出连接，维弧模块5输出端与引弧吸收 模块4第三输出端连接，检测模块7输出与工件连接，钨极与高频模块6输入端连接；控制 模块8输出端与移相全桥模块2控制端连接。
[0033] 其中，控制模块8包括依次连接的参数获取模块81、占空比增速计算模块82、引横 弧控制模块83和驱动模块84 ;驱动模块84的输出端连接至移相全桥模块2的第三输入端； 参数获取模块81用于获取电路具体参数，以便计算合适的占空比增速，具体参数包括维持 横弧的最小电流1_、移相全桥丢失占空比等效电阻Rd、移相全桥变压器原副边匝比N、引弧 瓷管电阻Rarc、输入电压A、第二电容C2容值、第二电阻R2阻值、移相全桥输出占空比置零时 的输出电压值U。、引横弧结束判断条件输出电流值I。;占空比增速计算模块82用于计算出 一个合适的占空比增加速度；引横弧控制模块83通过检测到的输出电压和电流值构造一 个条件判断使得在引横弧过程中占空比线性增加；驱动模块84用于产生相应的PWM驱动信 号并作用在移相全桥的开关管；。
[0034] 在本发明实施例中，滤波模块3包括滤波电感W，用于滤除谐波。
[0035] 其中，引弧吸收模块4为高频信号提供通路，也为引横弧过程提供初始能量。引弧 吸收模块4包括第一电容Q、第二电容C2、第三电容C3、第三电阻R3;所述第一电容C i的输 入端与滤波电感W第一输出端相连，所述第二电容C 2的输入端与维弧模块5的第二电阻R 2输出端相连，所述第三电容C3的输出端和第三电阻R 3的输出端相连后与维弧模块5的R _ 输出端相连，最后再连至割炬。
[0036] 其中，维弧模块5为引横弧过程提供通路，维弧模块5包括第二电阻R2、第一开关 管仏、第一二极管Di、引弧瓷管电阻Rarc;第二电阻R 2的输入端与滤波电感k第二输出端相 连，第一开关管Qi与滤波电感L第三输出端相连，第一开关管输出端与Ran:的输入端相连， 第一二极管Di的输入端与第一开关管Q i的输出端相连，第一二极管D i的输出端与第一开 关管仏的输入端相连。
[0037] 作为本发明的一个实施例，第二电阻R2取值可以为10(Μ/6.8Ω ;引弧瓷管电阻 Rarc取值为6.8Ω ;第一电容(^的取值为1200V/3U ;第二电容(：2的取值为450V/220U ;第三 电容(：3的取值为1200V/2U ;滤波电感k的取值为30uH/300A。
[0038] 本发明还提供了一种基于上述引弧电路的控制方法，该方法仅用一个电流检测霍 尔来实现引弧的控制：先获取引弧吸收板上的参数，计算出适合的占空比增加速度，再结合 检测到的输出电压和输出电流信号，进行引横弧控制，最后把控制信号送入驱动模块，产生 驱动信号并送入移相全桥。所述的一种基于单传感器引弧电路的控制方法只使用一个电流 检测霍尔IF1，用于检测输出电流值。
[0039] 该控制方法的流程图如图3所示，具体包括：
[0040] (1)判断割枪开关是否闭合，若是，则转入步骤（2);否，则引弧过程结束；
[0041] (2)当输出电压大于等于180V时，把Yk置零，计算移相角，使DSP的PWM1 口产生 互补导通的方波，PWM3 口产生与PWM1 口同相的方波。DSP产生的两路PWM驱动信号经过 驱动模块隔离放大作用于IGBT，移相全桥Η桥的输出占空比为零。当输出电压小于180V， 使丫14线性增加，计算得到移相角，使DSP的PWM1 口产生互补导通的方波，PWM3 口产生滞后 PWM1计算所得移相角的方波，DSP产生的两路PWM驱动信号经过驱动模块隔离放大作用于 IGBT，移相全桥Η桥的输出占空比将会随Yk的线性增加而增加，使得移相全桥输出电压线 性增加。该过程的示意图如图4所示，其中Uk为第K时刻移相全桥的输出电压、Y k为第K 时刻移相全桥输出占空比；
[0042] (3)进行电流条件的判断，也就是横弧过程结束条件的判断，当输出电流大于等于 20A时，引横弧过程结束；若此时输出电流小于20A，则还是处在引横弧阶段，并返回至步骤 (1);
[0043] 引横弧阶段的等效电路图如图5所示，根据提供能量的源的不同，整个引横弧阶 段可以分为三个工作模态，各个工作模态的等效电路图如图6所示。从控制方法流程图中 可以发现当输出电压大于等于180V时，移相全桥的输出占空比就被置零，然后线性开始增 加。所以此时先给引弧电路提供能量的是第一电容Q，由于第一电容(^的值很小，这个放电 过程几乎是瞬间完成的，然后此时移相全桥的输出占空比还很小，还不足以提供引弧能量， 所以接下来是第二电容(：2通过第二电阻1?2和引弧瓷管电阻Rarc来进行放电。第二电容C 2是一个很大的电容，所以能够观测到明显的放电波形。最后当移相全桥的输出占空比足够 大时，此时的引弧能量就由主电路来提供，并同时给第一电容Q和第二电容C 2进行充电。
[0044] 该三个工作模态具体为：
[0045] (1)工作模态1
[0046] 该模态的等效电路图如图6(a)所示，移相全桥输出占空比被置零后，第一电容Q 开始放电，此时引弧瓷管电阻Rara上的电流表达式为：
[0049] 式中U。为移相全桥输出占空比置零时的输出电压值，R为引横弧时钨极与割炬之 间的等效电阻。该模态中的时间常数很小，为微秒级，所以工作模态1几乎是瞬间完成。
[0050] (2)工作模态2
[0051] 该模态的等效电路图如图6(b)所示。第一电容Q放电 结束后，第二电容（：2进行放电，引弧瓷管电阻上的电流表达式为：
其中 U C2 (0) = U。，τ 2 = ·： (Rarc+R2+R)（Rarc+R2)，C 2;式中U。为移相全桥输出占空比置零时的输出电压值，R为 引横弧时钨极与割炬之间的等效电阻。第二电容C2容值比第一电容(^大很多，又串联了第 二电阻R2，此模态RC放电的时间常数为毫秒级。
[0052] ⑶工作模态3
[0053] 该模态的等效电路图如图6(c)所示，主电路给引弧环节提供能量，并同时给第一 电容Q和第二电容C2充电。此时引弧瓷管电阻的电流表达式为：
;式中A为输入电源电压，N为移相全桥变压器 原副边匝比，Rd为移相全桥占空比丢失等效电阻，D(t)为t时刻时移相全桥的输出占空比。 在该过程中占空比D是线性增加的，所以引弧瓷管电阻上的电流也是线性增加。
[0055] 综上所述，在引横弧过程中引弧瓷管电阻上的电流与输出电压波形如图7(a)所 示，在h时刻，T = 10ms的时候电流接近垂直下降的部分为工作模态1，即第一电容(^的 放电过程；在tjlj 12时刻之间，即T = 10ms到T = 20ms之间是工作模态2,即第二电容C2放电过程；在1：2到13时刻T = 20ms到T = 40ms之间是第三个过程，即主电路给引弧环节 提供能量的过程。
[0056] 取^到13时刻之间的波形进行分析，在该过程中移相全桥输出占空比是从0开始 增加的，若该占空比增加的过慢，则在第二电容(：2放电到某一个比较的小电流值的时候，主 电路电压还不能够维持这个电流，则横弧电流会因为此时的引弧电流过小而导致熄灭，那 么此时的引弧瓷管电阻电流波形和输出电压波形如图7(b)所示：
[0057] 从图中可以发现当引弧电流熄灭时，引弧瓷管电阻上的电流瞬间变为零，输出电 压为全桥整流的输出电压，因为此时的占空比是线性增加的，所以接下来电压的线性上升