成果名称: 大功率低成本类激光等离子弧切割系统的研制
完成单位: 华南理工大学、广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院)
主要人员: 王振民、郭春富、张芩、高世一、吴祥淼、周漪清、张新、方小鑫
介绍:

    本项目来源于由华南理工大学牵头,中国-乌克兰巴顿焊接研究院参与承担的广东省高新技术工业攻关计划项目《大功率低成本类激光等离子弧切割系统的研制》(项目编号:2013B010402007)。主要针对我省我国大型结构件中/厚大板材等的高效、高质量切割加工制造的迫切需要,本项目在课题组完成的国家自然科学基金项目研究成果的基础上,进一步开发出大功率低成本类激光等离子弧切割技术及装备。
    本项目《大功率低成本类激光等离子弧切割系统的研制》主要研制开发适合于中厚板精细化切割的等离子弧切割机,主要由数字化控制器、等离子体电源、高频引弧控制盒、等离子弧割枪、工业机器人、压缩机、工业制冷机等几大部分组成。其中,数字化控制器可通过总线(以太网/CAN总线/RS232等)与数控系统、上位计算机、工业机器人连接,实现远程监控或者构成数控等离子弧切割系统;数字化控制器和等离子切割电源之间通过具备同步和容错机制的CAN网络构成分层递阶的控制结构,实现所需的外特性、动特性和功率输出控制。本技术成果的核心为大功率高效等离子体电源技术。除数字化控制器、功率模块和高频引弧控制盒之外,其他部件采用市场可买到的部件,进行必要改造或委托加工之后集成为大功率优质高效等离子弧切割设备。
    总体性能指标:
  (1)负网电压:380V,三相,50Hz;(2)额定输入容量:59.2kW;(3)三相平均电流  :89.9A;(4)额定输入功率:56.85kW;(5)额定输出功率:52.91kW;(6)额定输出电流:320.6A;(7)电流调节范围:50-320A连续可调;(8)额定输出电压:165.1V;(9)电压调节范围:10-160V连续可调;(10)空载电压:310V;(11)稳定电流精度:≤±1%;(12)纹波系数:≤1%;(13)额定效率:93.1%(最高效率93.3%),综合节能>25%;(14)功率因数:0.951;(15)等离子体切割电源重量:84kg;(16)等离子体切割电源体积(长×宽×高(mm)):835×400×1000;(17)工作方式:额定负载持续率为100%,可满载不间断工作;(18)冷却方式:循环水冷;(19)输入有过压欠压缺相保护,输出过流短路过热保护;(20)具备网络化管理扩展接口,人机界面自动化控制功能;(21)采用全数字化传输、控制,数字化精确给定电压电流,可设置多套工艺参数方案。
    本项目成果已具有很高的技术成熟度,具体依据如下:
  (1)本项目研制成功了4台样机,有一定的数量和重复性,制作过程未出现炸管或其它大的故障,测试的技术性能指标达到生产与使用要求;相关样机已经在切割加工现场应用,整个试用过程中均非常稳定可靠,电能转换效率高,操作便利,工艺性能好,能够达到和满足等离子弧切割工艺需求;
  (2)课题组研制的10-25kW级系列等离子体电源技术已转让并实现了产业化。本项目的前期技术成果100kVA级IGBT逆变式发电点火电源及其控制技术,已成功应用于火力电站锅炉燃煤等离子弧点火,通过了广东省科技厅组织的科技成果鉴定,达到国际先进水平;而课题组研制的300kW级逆变式等离子弧炉主电源系统已在工厂稳定可靠地运行了近8年时间,经受住了等离子体电弧炉现场应用环境下的严酷考验;
  (3)华南理工大学焊接电源课题组长期从事现代逆变理论及其数字化智能控制技术方面的研究和产业化工作。近5年来,先后获得授权的国家专利25件,软件版权5件,科技成果鉴定4件,多项专利技术已经产业化或正在进行产业化实施。其中,包括大功率的逆变式手工电弧、方波逆变器、气体保护焊、埋弧自动焊、等离子切割机等等,已有批量产品进入大型制造工程如核电核岛关键部件的焊接制造、大型管道焊接制造、船舶工程、大型集装箱、大型钢结构工程等。在这些大型制造工程严酷的现场施工环境下,不仅要求逆变电源具有较大的输出功率,而且要求高负载持续率长时间工作,要求有良好的现场适应性。这些产品技术均经受住了考验,核心部分未出现故障。
      综上所述,本项目成果在技术上已经较为成熟,性能优良。
     获奖情况:  授权发明专利2项、实用新型2项、软件版权1项;EI索引2篇,核心1篇,统计源2篇;厅局级奖励1项。


 


 

批准登记号: 粤科成登(2)字【2018】0005
登记日期: 2017-11-07
研究起止时间: 2013.01 至2015.12
所属行业: 制造业
所属高新技术类别: 新能源与节能
评价单位名称: 广东省科技基础条件平台中心
评价日期: 2016.11.29