專利名稱：一種具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是逆變焊接/切割領(lǐng)域，尤其是一種具有低能量前導(dǎo)弧電路結(jié) 構(gòu)的逆變式等離子切割機(jī)。
背景技術(shù)：
逆變式等離子切割機(jī)通常采用接觸引弧和非接觸引弧兩種引弧方式建立電弧而 后對金屬進(jìn)行切割的，而非接觸引弧方式因引弧時(shí)無需噴嘴和工件短路，可以順利切割有 污漬和銹跡的工件、表面覆有絕緣保護(hù)膜的金屬板以及柵網(wǎng)狀金屬物品等，所以非接觸引 弧方式的等離子切割機(jī)運(yùn)用非常廣泛?，F(xiàn)有的非接觸引弧方式，割槍噴嘴的電極接逆變電源輸出負(fù)極，工件接輸出正極， 再在輸出正極的基礎(chǔ)上引出一個(gè)叫做前導(dǎo)弧的電極接到割嘴上。這樣的電連接就可以在割 嘴不接觸工件的情況下，在電極和噴嘴間通過高頻引弧先建立一個(gè)穩(wěn)定的電弧(前導(dǎo)弧)， 等到割嘴和工件距離很近時(shí)，電弧從電極和割嘴間自動轉(zhuǎn)移到電極和工件間，完成電弧的 引弧穩(wěn)弧和電弧轉(zhuǎn)移的目的。但是以上結(jié)構(gòu)的切割機(jī)結(jié)構(gòu)有以下缺點(diǎn)1.目前通用的非接觸引弧方式的逆變式 等離子切割機(jī)的前導(dǎo)弧電流的限制是靠串聯(lián)在輸出正和前導(dǎo)弧之間的大電阻來實(shí)現(xiàn)的，這 個(gè)電阻需要承受上千瓦的功率，經(jīng)常損壞。2.當(dāng)割嘴接近工件時(shí)，通常只有少部分電流從電極流向工件，電弧自動從電極和 割嘴之間轉(zhuǎn)移到電極和工件之間的這一電弧轉(zhuǎn)換就顯得非常不可靠，造成切割時(shí)引弧成功 率低，操作者很難判斷和駕馭，同樣也很難和數(shù)字化控制系統(tǒng)配套。3.因?yàn)橐『颓懈罟灿靡惶着錃庀到y(tǒng)，引弧時(shí)的壓縮氣體的壓力大小和流量大小 都和切割時(shí)一樣。這使得前導(dǎo)弧電流不能過小，否則極易斷弧。為了保證前導(dǎo)弧不斷弧，通 常只有加大前導(dǎo)弧的電流，而過大的前導(dǎo)弧電流又很容易燒損割嘴電極和噴嘴，使用者因 此頻繁更換割嘴電極和噴嘴，浪費(fèi)材料和工時(shí)。同時(shí)前導(dǎo)弧能量過大，造成了不必要的電能 浪費(fèi)。
發(fā)明內(nèi)容針對以上問題，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一 種結(jié)構(gòu)簡單體積小、實(shí)施成本較低的具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)。為達(dá)到以上目的本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，包括按照電流流向方向而順序連 接的輸入濾波電路、一次側(cè)整流濾波電路、逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電 路、低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路及主控制板電路，低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制 電路和二次整流濾波電路雙向聯(lián)通；其中，所述逆變電路包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件橋 接組成的逆變橋，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極分別單獨(dú)串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩 極之間的第一阻容吸收電路，連接在第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二阻容 吸收電路，連接在第三絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第三阻容吸收電路，連接在 第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第四阻容吸收電路。所述的低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路包括與所述二次側(cè)整流濾波電路連 接的處于無電流常開狀態(tài)的干簧管繼電器，與該干簧管繼電器連接的前導(dǎo)弧開關(guān)，與該前 導(dǎo)弧開關(guān)串接的第二電感，分別并聯(lián)在該第二電感兩端的第一限流電阻和第一電容，與第 二電感串接的高頻變壓器，與該高頻變壓器構(gòu)成諧振升壓電路的高頻諧振電容，與諧高頻 諧振電容連接的第二限流電阻，與第二限流電阻及高頻諧振電容連接的行輸出變壓器，連 接在行輸出變壓器與高頻諧振電容間的火花放電器，與該行輸出變壓器輸入端連接的由第 一、第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管橋接組成的整流橋，與該整流橋輸入端連接的高頻 開關(guān)。進(jìn)一步的，所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收 電容，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容，第三阻 容吸收電路包括串接的第三阻容吸收電阻和第三阻容吸收電容，所述第四阻容吸收電路包 括串接的第四阻容吸收電阻和第四阻容吸收電容。進(jìn)一步的，所述輸入濾波電路包括電源開關(guān)，與該電源開關(guān)連接的共模濾波電 感，分別連接在該共模濾波電感兩端的第一、第二差模濾波電容，分別連接在第一差模濾波 電容兩端的第一、第二共模濾波電容和分別連接在第二差模濾波電容兩端的第三、第四共 模濾波電容。進(jìn)一步的，所述的一次側(cè)整流濾波電路包括與所述共模濾波第一電感連接的整 流橋，和與該整流橋并聯(lián)的第一、第二、第三濾波電容，以及與該整流橋并聯(lián)的泄放電阻。進(jìn)一步的，所述的隔離變壓電路包括具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的第一中頻 變壓器，一次側(cè)電流互感器，所述中頻變壓器一次側(cè)繞組的一端連接逆變橋的中點(diǎn)，另一端穿過一次側(cè)電流互 感器后連接逆變橋的另一個(gè)中點(diǎn)；所述中頻變壓器二次側(cè)繞組與所述二次側(cè)整流濾波電路連接，所述一次側(cè)繞組和 二次繞組間絕緣。進(jìn)一步的，所述的二次側(cè)整流濾波電路包括與所述中頻變壓器二次側(cè)繞組連接 的第一、第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管，與該第一、第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管 連接的第一濾波電感，串接在第一快恢復(fù)整流二極管兩端的第一阻容吸收電阻和第一阻容 吸收電容，以及串接在第二快恢復(fù)整流二極管兩端的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電 容，串接在第三快恢復(fù)整流二極管兩端的第三阻容吸收電阻和第三阻容吸收電容，以及串 接在第四快恢復(fù)整流二極管兩端的第四阻容吸收電阻和第四阻容吸收電容。進(jìn)一步的，所述主控制電路包括按照電流流向方向而順序連接的電流反饋、PWM 脈寬調(diào)制電路、定寬互補(bǔ)脈沖信號電路和隔離驅(qū)動電路。本實(shí)用新型通過采用以下結(jié)構(gòu)的逆變電路包括與所述二次側(cè)整流濾波電路連 接的處于無電流常開狀態(tài)的干簧管繼電器，與該干簧管繼電器連接的前導(dǎo)弧開關(guān)，與該前 導(dǎo)弧開關(guān)串接的第二電感，分別并聯(lián)在該第二電感兩端的第一限流電阻和第一電容，與第二電感串接的高頻變壓器，與該高頻變壓器構(gòu)成諧振升壓電路的高頻諧振電容，與諧高頻 諧振電容連接的第二限流電阻，與第二限流電阻及高頻諧振電容連接的行輸出變壓器，連 接在行輸出變壓器與高頻諧振電容間的火花放電器，與該行輸出變壓器輸入端連接的由第 一、第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管橋接組成的整流橋，與該整流橋輸入端連接的高頻 開關(guān)，使得該種結(jié)構(gòu)的切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡單體積小，切割機(jī)的前導(dǎo)弧是低能量電弧，割嘴電極只 流過極小的維弧電流，噴嘴只噴出極小流量的等離子流，采用這種低能量電弧的引弧維護(hù) 方式，極大限度的延長割嘴電極和噴嘴的壽命，同時(shí)也節(jié)約了電能。摒棄傳統(tǒng)非接觸引弧方 式中前導(dǎo)弧和切割電弧自動轉(zhuǎn)移方法，而采用主動的強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換方法。極大地提高了前導(dǎo)弧 轉(zhuǎn)為切割弧的成功率，也即極大地提高了切割機(jī)的引弧成功率，解決了很難和數(shù)字化控制 系統(tǒng)配套的難題。
圖1.本實(shí)用新型所述具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)的實(shí)施例中的電 路原理方框圖；圖2.本實(shí)用新型所述具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)的實(shí)施例中的主 回路的電路原理圖；圖3.本實(shí)用新型所述具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)的實(shí)施例中的主 控板的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對本實(shí)用新型進(jìn)行本實(shí)施例中詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以 解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。請參閱圖1至圖2，本實(shí)用新型具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，包括 輸入濾波電路1、一次側(cè)整流濾波電路2、逆變電路3、隔離變壓電路4和二次側(cè)整流濾波電 路5、低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路6及主控制板電路7，低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧 控制電路6和二次整流濾波電路5雙向聯(lián)通；其中，所述逆變電路3包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 Q3、Q4、Q5、Q6橋接組成的逆變橋，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開 關(guān)器件Q3、Q4、Q5、Q6的柵極分別單獨(dú)串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻R59、R60、 R65、R66，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q3兩極之間的第一阻容吸收電路，連接 在第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q4兩極之間的第二阻容吸收電路，連接在第三絕緣柵 場效應(yīng)電力開關(guān)器件Q5兩極之間的第三阻容吸收電路，連接在第四絕緣柵場效應(yīng)電力開 關(guān)器件Q6兩極之間的第四阻容吸收電路；所述的低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路包括與所述二次側(cè)整流濾波電路5 連接的處于無電流常開狀態(tài)的干簧管繼電器RL1，與該干簧管繼電器RLl連接的前導(dǎo)弧開 關(guān)Q8，與該前導(dǎo)弧開關(guān)Q8串接的第二電感L2，分別并聯(lián)在該第二電感L2兩端的第一限流 電阻R74和第一電容C59，與第二電感L2串接的高頻變壓器T7，與該高頻變壓器T7構(gòu)成諧 振升壓電路的高頻諧振電容C62，與諧高頻諧振電容C62連接的第二限流電阻R76，與第二 限流電阻R76及高頻諧振電容C62連接的行輸出變壓器T4，連接在行輸出變壓器T4與高頻 諧振電容C62間的火花放電器HH1，與該行輸出變壓器T4輸入端連接的由第一、第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管D34，D35，D36，D37橋接組成的整流橋，與該整流橋輸入端連接的高 頻開關(guān)Q7。進(jìn)一步的，(對于MOSFET器件為D和S極，對于IGBT器件為C和E極，對于MCT器 件為A和K極)所述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻R61和第一阻容吸收 電容C50，所述第二阻容吸收電路包括串接的第二阻容吸收電阻R62和第二阻容吸收電容 C51，第三阻容吸收電路包括串接的第三阻容吸收電阻R63和第三阻容吸收電容C53，所述 第四阻容吸收電路包括串接的第四阻容吸收電阻R64和第四阻容吸收電容C54。主控制板電路插座Al和A2輸出的四路PWM信號分別有序的送到四組絕緣柵場效 應(yīng)電力開關(guān)器件Q3，Q4，Q5，Q6柵極上，讓其按Q3和Q6 ；Q4和Q5分別同時(shí)導(dǎo)通，而Q3和 Q4 ;Q5和Q6相位相差180ο導(dǎo)通。這樣交替導(dǎo)通，就會將直流電壓電流逆變成中頻交流方 波電壓電流，該中頻交流方波電壓電流送至隔離變壓器Τ5的一次側(cè)。進(jìn)一步的，所述輸入濾波電路1包括電源開關(guān)Si，與該電源開關(guān)Sl連接的共模 濾波電感L3，分別連接在該共模濾波電感L3兩端的第一、第二差模濾波電容C42和C45，分 別連接在第一差模濾波電容C42兩端的第一、第二共模濾波電容C41、C43和分別連接在第 二差模濾波電容C45兩端的第三、第四共模濾波電容C44、C46。電網(wǎng)干擾信號通過上述濾波器的濾除，使得本焊割機(jī)免受外界電磁干擾，提高穩(wěn) 定性；同樣，本焊割機(jī)產(chǎn)生的干擾信號會也會被上述濾波器濾除，使得本焊割不會對外界產(chǎn) 生電磁干擾，提高其他設(shè)備的穩(wěn)定性。本具體實(shí)施方式
中，所述的一次側(cè)整流濾波電路2包括與所述共模濾波第一電 感L3連接的整流橋BRl，和與該整流橋BRl并聯(lián)的第一、第二、第三濾波電容C48，C49，C52， 以及與該整流橋并聯(lián)的泄放電阻R77。送入機(jī)內(nèi)的交流電壓、電流通過整流橋BRl整流成直流電壓、電流，經(jīng)過電容 C48, C49, C52濾波后送半橋軟開關(guān)逆變電路3，電阻R77是泄放電阻，在關(guān)機(jī)時(shí)泄放掉電容 C48, C49, C52里的電荷以保證安全。本具體實(shí)施方式
中，所述的隔離變壓電路4包括具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組 的第一中頻變壓器Τ5，一次側(cè)電流互感器Τ6，所述中頻變壓器Τ5—次側(cè)繞組的一端連接逆變橋的中點(diǎn)，另一端穿過一次側(cè)電 流互感器Τ6后連接逆變橋的另一個(gè)中點(diǎn)；所述中頻變壓器Τ5 二次側(cè)繞組與所述二次側(cè)整流濾波電路連接，所述一次側(cè)繞 組和二次繞組間絕緣。本具體實(shí)施方式
中，所述的二次側(cè)整流濾波電路5包括與所述中頻變壓器Τ5 二 次側(cè)繞組連接的第一、第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管D31，D32，D33，D38，與該第一、第 二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管連接D31，D32，D33，D38的第一濾波電感Li，串接在第一快 恢復(fù)整流二極管D31兩端的第一阻容吸收電阻R67和第一阻容吸收電容C55，以及串接在第 二快恢復(fù)整流二極管D32兩端的第二阻容吸收電阻R68和第二阻容吸收電容C56，串接在第 三快恢復(fù)整流二極管D33兩端的第三阻容吸收電阻R70和第三阻容吸收電容C57，以及串接 在第四快恢復(fù)整流二極管D38兩端的第四阻容吸收電阻R71和第四阻容吸收電容C58。本具體實(shí)施方式
中，所述主控制電路7包括按照電流流向方向而順序連接的電 流反饋、PWM脈寬調(diào)制電路、定寬互補(bǔ)脈沖信號電路和隔離驅(qū)動電路。具體電路結(jié)構(gòu)描述如下參見圖3變壓器T3 (圖2所示)次級雙27V繞組通過插座AlO引進(jìn)主控制板，通過整流 二極管Dll，D12，D14，D15整流后C27，以8濾波，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓集成電路UlO (LM78M)， Ull (LM7815)，U12(LM7805)和 U13(LM7915)穩(wěn)壓。分別輸出 +24V, +15V, +5V, -15V 直流穩(wěn) 定電壓，這組直流穩(wěn)定電壓為主控制板電流反饋和PWM調(diào)制以及數(shù)字電流表供電。從變壓器T3 (圖2所示)次級兩組相互隔離的16V繞組通過插座A12引進(jìn)主控 制板，一組通過整流二極管D20，D21，D22，D23整流后C36濾波，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓集成電路 U14(LM7815)穩(wěn)壓得到+15V直流穩(wěn)定電壓，為低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路中的前 導(dǎo)弧的控制電路供電。另一組通過整流二極管D24，D25，D26，D27整流后C38濾波，再經(jīng)過 三端穩(wěn)壓集成電路U15 (LM7815)穩(wěn)壓得到+15V直流穩(wěn)定電壓，為低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn) 弧控制電路中的高頻開關(guān)的控制電路供電。由集成電路U9，U8B和晶體三極管Ql和定時(shí)電容C35，定時(shí)電阻R47組成壓縮氣 體滯后關(guān)斷電路，其中定時(shí)電容C35和定時(shí)電阻R47的乘積決定定時(shí)時(shí)間的長短。由集成電路U8A，集成電路U3E及電阻R52，R51電容C24，C26，開關(guān)二極管擬8和 D29組成2T/4T電路。由集成電路U7B，U7C，切割電流調(diào)節(jié)電位器RT4 (參見圖2)，RT3，引弧電流調(diào)節(jié)電 位器RT2，集成電路U2D，電阻R36，R37，R58，電位器RTl等組成電流給定電路，電阻R37，R58 和集成電路U2D組成反相器；Cll和R35組成電流反饋電路。集成電路U2C和電阻R32，R43， R42，R41 二極管D13，S)l，電容C20，C2等組成誤差放大器。集成電路Ul，U2A和U2B組成了電流型PWM電路，其中，集成電路U2A及其周圍元件 組成欠壓保護(hù)電路，集成電路U2B及其周圍電路組成斜波補(bǔ)償電路，快恢復(fù)二極管D5，D6， D7，D8和采樣電阻R30以及高頻濾波電容C19等組成逆變電路一次側(cè)中頻交流電流波形采 樣、整流、高頻濾波電路。MOSFET管Ml, M2, M3, M4和其對應(yīng)的驅(qū)動電阻Rl 1，RIO, R12, R9，脈沖變壓器Tl, T2組成脈沖放大和隔離電路，由快恢復(fù)二極管D2，D3，D4，D9 ；電容C10，C9，C22，C21 ；電阻 R13，R14，R15，R16，R17，R18，R33，R34等組成驅(qū)動脈沖上升沿下降沿整形處理電路。由集成電路U4，U5，U6，U3C，U3A，U7A，MOS管M5，M6和周圍電路組成低能電弧引 弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路。其中由集成電路TO和電阻R19，電容C13，C12和二極管D39組 成低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路的方波發(fā)生器。特別地集成電路U7A和MOS管M5， M6以及電阻R50，R55，R56，R57等組成低壓力低流量和高壓力高流量配氣氣閥轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電 路。由電阻R38，R39和電容C25以及和插座A9相接的數(shù)字電壓表DGMl (參見圖2)組 成切割電流顯示電路。由集成電路U8B和電容C34，電阻R40組成氣閥的開機(jī)封鎖電路，以保證開機(jī)非穩(wěn) 態(tài)時(shí)，封鎖氣閥開通電路，保證氣閥不出現(xiàn)誤開通的現(xiàn)象。2T/4T開關(guān)S2擲2T時(shí)，按下切割槍開關(guān)ANl (參見圖2)，集成電路U3E的3腳立 即變底，其4腳會變高，通過二極管擬9和插座All外接轉(zhuǎn)換開關(guān)S2 (參見圖2)使得A點(diǎn) 呈高電位，切割機(jī)開始正常工作。當(dāng)松開割槍開關(guān)ANl (參見圖2)時(shí)，集成電路U3E的3腳 立即變高，其4腳會變底，通過二極管擬9和插座All外接轉(zhuǎn)換開關(guān)S2 (參見圖2)使得A
8點(diǎn)呈底電位，切割機(jī)停止工作。2T/4T開關(guān)S2擲4T時(shí)，按下切割槍開關(guān)ANl (參見圖2)，集成電路U3E的3腳立 即變低，其4腳會變高，這個(gè)變高的信號的上升沿觸發(fā)集成電路U9構(gòu)成的D觸發(fā)器，使得集 成電路1腳輸出高電位信號，通過二極管擬8和插座All外接轉(zhuǎn)換開關(guān)S2 (參見圖2)使得 A點(diǎn)呈高電位，切割機(jī)正常工作。松開切割槍開關(guān)時(shí)，集成電路U3E的3腳立即變高，其4腳 會變低，由于集成電路U9構(gòu)成的D觸發(fā)器不響應(yīng)下降沿，故集成電路1腳輸出仍為高電位 信號，通過二極管擬8和插座All外接轉(zhuǎn)換開關(guān)S2 (參見圖2)使得A點(diǎn)仍然呈高電位，切 割機(jī)仍正常工作。當(dāng)再次按下切割槍開關(guān)ANl時(shí)，集成電路U3E的3腳立即變低，其4腳會 變高，這個(gè)變高的信號的上升沿觸發(fā)集成電路U9構(gòu)成的D觸發(fā)器，使得集成電路1腳輸出 低電位信號，通過二極管擬8和插座All外接轉(zhuǎn)換開關(guān)S2 (參見圖2)使得A點(diǎn)呈低電位， 切割機(jī)停止工作。CM和R51組成開機(jī)置零電路，使得開機(jī)暫態(tài)過程穩(wěn)定后，始終保持A點(diǎn)為低電平， 避免了開機(jī)誤動作；電容以6和電阻R52組成按鍵消抖電路，避免槍開關(guān)ANl的誤動作。由RT3和RT4 (參見圖2)給出的切割電流給定信號和由TR2給出的前導(dǎo)弧電流給 定信號最終會經(jīng)過集成電路U2D反相放大后，變成負(fù)的電流給定電壓信號。而插座A3外連 接的霍爾傳感器取到的是正的電流反饋電壓信號。電流給定電壓信號通過R36和RTl ；電 流反饋電壓信號通過R35后在誤差比較點(diǎn)C點(diǎn)進(jìn)行比較，其結(jié)果通過集成電路U2C等組成 的PI調(diào)節(jié)器處理后通過R43，R42等送到Ul的5腳。一次側(cè)逆變電流信號經(jīng)過快恢復(fù)二極管D5，D6，D7，D8整流，經(jīng)采樣電阻R30以及 高頻濾波電容C19后得到的反應(yīng)一次測電流大小的直流脈沖電壓信號，此信號一路由R8送 至Ul的16腳，構(gòu)成過流保護(hù)電路。當(dāng)一次側(cè)逆變電流異常增大時(shí)，Ul的16腳會得到一個(gè) 較高電壓，Ul內(nèi)部立即封鎖脈沖信號，使電源停止輸出。另一路經(jīng)似8送到Ul的4腳，同 時(shí)U2B將Ul的8腳的鋸齒波信號射隨后通過R24，R25，C16，C15組成的阻容網(wǎng)絡(luò)后，也送 到Ul的4腳，作為斜波補(bǔ)償信號。通過斜波補(bǔ)償后的脈沖電壓信號與Ul的5腳送來的誤 差信號在Ul內(nèi)部進(jìn)行比較，得到PWM信號，通過死區(qū)形成，分頻鎖相后從Ul的14腳和11 腳輸出相位相差1800，且具有一定死區(qū)時(shí)間的PWM信號。當(dāng)按動切割槍開欲進(jìn)行切割工作時(shí)，A點(diǎn)都會變成高電位。通過R48使得晶體三極 管Ql導(dǎo)通，集成電路U9的2腳和6腳的電位變低，其3腳會變高，最終打開氣閥使壓縮氣 體通入槍頭，可以正常引弧和切割。當(dāng)按動切割槍開欲停止工作時(shí)，A點(diǎn)都會變成低電位。 通過R48使得晶體三極管Ql截止，集成電路U9的2腳和6腳的電位會因限流電阻R47對 定時(shí)電容C35的充電而逐漸升高，當(dāng)該電位升至IOV時(shí)，其3腳會翻轉(zhuǎn)變低，最終關(guān)斷氣閥 使得壓縮氣體停止輸出。這就達(dá)到了滯后斷氣的目的，電阻R47和電容C35的值的乘積的 大小，決定滯后斷氣時(shí)間的長短。壓縮氣體氣壓過低切割會變困難，切割槍嘴也會快速燒損。因此，設(shè)計(jì)有氣壓過低 保護(hù)電路由和插座A5連接的壓力繼電器PSl (參見圖2)，電阻R22和二極管D19組成供 氣氣壓過低保護(hù)電路。供氣氣壓正常時(shí)，壓力繼電器PSl是閉合的，D19反偏，A點(diǎn)電位不受 影響，可正常切割；當(dāng)供氣氣壓過低時(shí)，壓力繼電器PSl斷開，D19通過電阻R22接地，A點(diǎn) 電位變低，切割機(jī)不工作，停止輸出電流。電力開關(guān)半導(dǎo)體工作時(shí)都會產(chǎn)生熱損耗，會使半導(dǎo)體自身和其散熱器的溫度升高，而半導(dǎo)體的工作溫度有一定范圍，超出范圍會損壞半導(dǎo)體器件。因此，設(shè)計(jì)有超溫保護(hù) 電路，插座A7外接常開溫度繼電器TS1，當(dāng)其溫度正常時(shí)，溫度繼電器TSl處于斷開狀態(tài)，一 旦溫度超過設(shè)定值，溫度繼電器TSl就閉合，通過D30，將A點(diǎn)電位拉低致地電位，切割機(jī)不 工作，停止輸出電流。壓力繼電器PSl安放在電磁氣閥的供氣輸入端，溫度繼電器TSl安放在絕緣柵場 效應(yīng)電力開關(guān)器件Q2，Q3，Q4，Q5所在的散熱器最熱處的表面上。當(dāng)按動切割槍開欲進(jìn)行切割工作時(shí)，A點(diǎn)都會變成高電位，使得1，集成電路U3F的5腳變高，最后使集成電路U3B的10腳電位即D點(diǎn)電位變高。 使得二極管D16反偏截止，則PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓不會被鉗位，切割機(jī)處于能輸出電流的 狀態(tài)。2，集成電路U7C的9腳也為高，4腳和3腳導(dǎo)通，使得電流給定電路不再和地短路， 弓丨弧電流給定或切割電流給定能通過集成電路U7C的4腳3腳，送到誤差比較點(diǎn)，切割機(jī)電 流給定通道開通。3，A點(diǎn)電位為高，三極管Q2通過電阻肪4得到基極偏置電流而導(dǎo)通，使得DlO有 了導(dǎo)通流過電流的條件。也就是光耦U4和TO有了導(dǎo)通的條件，也就是具備了高頻引弧和 前導(dǎo)弧開通的條件。這時(shí)，因?yàn)檫€沒有切割電弧電流，插座A6外接的(參見圖3)干簧管電流感應(yīng)繼電 器RLl處于無電流的常開狀態(tài)。集成電路U3A的13腳為高，其12腳為低，即B點(diǎn)電位為低， 使得集成電路U7B的10腳也為低，其15腳和2腳連接，RT2動點(diǎn)提供的前導(dǎo)弧小電流給定 就成唯一的電流給定了 ；同時(shí)，因?yàn)榧呻娐稶7A的11腳隨B點(diǎn)也為高電位，其14腳和12 腳相通，U9輸出的打開氣閥的高電平信號通過集成電路U7A的14腳12腳和電阻R55后給 MOS管M6提供門極電壓，使得MOS管M6導(dǎo)通，低壓低氣流電磁閥VAl導(dǎo)通。這樣，就為產(chǎn)生 小電流供電，低氣壓小氣流供氣的低能量電弧提供了前提條件。也在同時(shí)，U3C的8腳為高 電位，其輸出電流通過一路電阻R21，光耦U6的2腳和3腳，二極管DlO以及三極管Q2的 集電極和發(fā)射極到地，使得集成電路光耦U6導(dǎo)通，在其6，7腳輸出高電壓，通過插座A4的 4，5腳，送去驅(qū)動(參見圖3)高頻開關(guān)Q7，這樣，隔離變壓器T5的一個(gè)副邊輔助繞組被接 通，電流電壓送至行輸出變壓器T4上進(jìn)行升壓，通過火花放電器HHl擊穿放電，高頻變壓器 T7，電容C62諧振升壓后送至切割機(jī)輸出負(fù)端，于是電極和切割嘴之間，電極和工件之間就 有了上萬伏的高頻高壓；另一路通過電阻R20，光耦U4的2腳和3腳，二極管DlO以及三極 管Q2的集電極和發(fā)射極到地，使得集成電路光耦U4導(dǎo)通，在其6，7腳輸出高電壓，通過插 座A4的1，2腳，送去驅(qū)動(參見圖3)前導(dǎo)弧開關(guān)Q8，二次側(cè)整流濾波電路5輸出正就會 通過前導(dǎo)弧開關(guān)Q8，電感L2，送到切割槍的切割嘴上。由于上述高頻高壓的作用和前導(dǎo)弧 開關(guān)Q8的導(dǎo)通，就會在切割槍的電極和切割嘴上建立一個(gè)穩(wěn)定的低能量電弧，該低能量電 弧在不進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，將會連續(xù)不斷一直維持著。特別指出切割機(jī)在前導(dǎo)弧工作模式下，割嘴電極只流過極小的維弧電流(一般都 比切割電流小很多，由電位器RT2調(diào)定，大約5A以下)，噴嘴只噴出極小流量的等離子體形 成一個(gè)低能量前導(dǎo)弧，極大限度的延長割嘴電極和噴嘴的壽命，同時(shí)也節(jié)約了電能。為了使前導(dǎo)弧順利轉(zhuǎn)換為切割弧，設(shè)置了強(qiáng)制轉(zhuǎn)換電路通過集成電路TO組成的 方波發(fā)生器輸出端3腳相連的二極管D39的短路分流作用，使得光耦U4輸出的前導(dǎo)弧開CN 201913371 U
說明書
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關(guān)驅(qū)動信號不再是直流，而是一個(gè)低頻脈沖(由電容C13和電阻R19的乘積決定頻率，一般 在10HZ-100HZ)之間，這樣這就會在切割槍的電極和切割嘴上建立一個(gè)穩(wěn)定的方波低能量 脈沖電弧，這個(gè)穩(wěn)定的方波脈沖低能量電弧同樣可以連續(xù)保持下去，當(dāng)切割槍接近工件時(shí)， 割嘴噴出的等離子體接觸工件形成導(dǎo)電通路，由于前導(dǎo)弧是脈動的，當(dāng)處于脈沖關(guān)斷時(shí)斷 (參見圖3)，切割機(jī)電流不能沿著前導(dǎo)弧開關(guān)Q8 (此時(shí)Q8處于關(guān)斷狀態(tài))，被迫沿著干簧管 電流感應(yīng)繼電器RL1，切割機(jī)輸出正，工件，等離子弧再回到切割槍的電極。這個(gè)電流使得干 簧管電流感應(yīng)繼電器RLl從常開變?yōu)殚]合，于是集成電路U3A的13腳為低，其12腳變高， 即B點(diǎn)電位變高一方面集成電路U7B的10腳也變高，其15腳和1腳連接，電流給定由前 導(dǎo)弧的小電流給定轉(zhuǎn)化為切割電流給定；另一方面集成電路U7A的11腳也變高，集成電路 U7A的14腳和13腳導(dǎo)通，由集成電路U9的3腳輸出的氣閥開通信號通過集成電路U7A切 換到13腳，通過電阻R50送到MOS管M5的門極，使得MOS管M5導(dǎo)通(M6就從導(dǎo)通變?yōu)榻?止)，這樣，就使得電磁氣閥由原來的VAl導(dǎo)通切換成AV2導(dǎo)通，也即使得流過割嘴的壓縮氣 體由原來的低壓小氣流切換成高壓大氣流。從而完成小電流、低氣壓、低氣流量的低能量前 導(dǎo)弧到大電流、大氣壓、大氣流量的切割大弧的強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換；再者，因B點(diǎn)電位變高，使得U3C 的8腳變?yōu)榈碗娢?，使光耦U6和光耦U4均停止輸出，這就同時(shí)關(guān)斷了引弧高頻高壓和前導(dǎo) 弧電流，切割機(jī)進(jìn)入正常切割工作狀態(tài)。另外，由電阻R45，R46 二極管D17，D18和集成電路U3D組成引弧高頻限時(shí)電路，以 限制高頻工作時(shí)間，延長火花放電器HHl的壽命，同時(shí)也相應(yīng)減少了高頻干擾時(shí)間。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制實(shí)用新型，凡在本實(shí) 用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，包括按照電流流向方向而順序連接 的輸入濾波電路、一次側(cè)整流濾波電路、逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電路、 低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路及主控制板電路，低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路 和二次整流濾波電路雙向聯(lián)通；其特征在于，所述逆變電路包括由第一、第二、第三、第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 橋接組成的逆變橋，與所述第一、第二、第三、第四四只絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件的柵極 分別單獨(dú)串接的第一、第二、第三、第四驅(qū)動電阻，連接在第一絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件 兩極之間的第一阻容吸收電路，連接在第二絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第二阻 容吸收電路，連接在第三絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第三阻容吸收電路，連接 在第四絕緣柵場效應(yīng)電力開關(guān)器件兩極之間的第四阻容吸收電路；所述的低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路包括與所述二次側(cè)整流濾波電路連接的 處于無電流常開狀態(tài)的干簧管繼電器，與該干簧管繼電器連接的前導(dǎo)弧開關(guān)，與該前導(dǎo)弧 開關(guān)串接的第二電感，分別并聯(lián)在該第二電感兩端的第一限流電阻和第一電容，與第二電 感串接的高頻變壓器，與該高頻變壓器構(gòu)成諧振升壓電路的高頻諧振電容，與諧高頻諧振 電容連接的第二限流電阻，與第二限流電阻及高頻諧振電容連接的行輸出變壓器，連接在 行輸出變壓器與高頻諧振電容間的火花放電器，與該行輸出變壓器輸入端連接的由第一、 第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管橋接組成的整流橋，與該整流橋輸入端連接的高頻開 關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，其特征在于，所 述第一阻容吸收電路包括串接的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收電容，所述第二阻容吸 收電路包括串接的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容，第三阻容吸收電路包括串接的 第三阻容吸收電阻和第三阻容吸收電容，所述第四阻容吸收電路包括串接的第四阻容吸收 電阻和第四阻容吸收電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，其特征在于，所 述輸入濾波電路包括電源開關(guān)，與該電源開關(guān)連接的共模濾波電感，分別連接在該共模濾 波電感兩端的第一、第二差模濾波電容，分別連接在第一差模濾波電容兩端的第一、第二共 模濾波電容和分別連接在第二差模濾波電容兩端的第三、第四共模濾波電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，其特征在于，所 述的一次側(cè)整流濾波電路包括與所述共模濾波第一電感連接的整流橋，和與該整流橋并 聯(lián)的第一、第二、第三濾波電容，以及與該整流橋并聯(lián)的泄放電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，其特征在于，所 述的隔離變壓電路包括具有一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的第一中頻變壓器，一次側(cè)電流互 感器，所述中頻變壓器一次側(cè)繞組的一端連接逆變橋的中點(diǎn)，另一端穿過一次側(cè)電流互感器 后連接逆變橋的另一個(gè)中點(diǎn)；所述中頻變壓器二次側(cè)繞組與所述二次側(cè)整流濾波電路連接，所述一次側(cè)繞組和二次 繞組間絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，其特征在于，所 述的二次側(cè)整流濾波電路包括與所述中頻變壓器二次側(cè)繞組連接的第一、第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管，與該第一、第二、第三、第四快恢復(fù)整流二極管連接的第一濾波電感， 串接在第一快恢復(fù)整流二極管兩端的第一阻容吸收電阻和第一阻容吸收電容，以及串接在 第二快恢復(fù)整流二極管兩端的第二阻容吸收電阻和第二阻容吸收電容，串接在第三快恢復(fù) 整流二極管兩端的第三阻容吸收電阻和第三阻容吸收電容，以及串接在第四快恢復(fù)整流二 極管兩端的第四阻容吸收電阻和第四阻容吸收電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)，其特征在于，所 述主控制電路包括按照電流流向方向而順序連接的電流反饋、PWM脈寬調(diào)制電路、定寬互 補(bǔ)脈沖信號電路和隔離驅(qū)動電路。
專利摘要本實(shí)用新型一種具有低能量前導(dǎo)弧的逆變式等離子切割機(jī)包括按照電流流向方向而順序連接的輸入濾波電路、一次側(cè)整流濾波電路、逆變電路、隔離變壓電路和二次側(cè)整流濾波電路、低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路及主控制板電路，低能電弧引弧、維弧和轉(zhuǎn)弧控制電路和二次整流濾波電路雙向聯(lián)通；使得該種結(jié)構(gòu)的切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡單體積小，采用這種低能量電弧的引弧維護(hù)方式，極大限度的延長割嘴電極和噴嘴的壽命，同時(shí)也節(jié)約了電能。摒棄傳統(tǒng)非接觸引弧方式中前導(dǎo)弧和切割電弧自動轉(zhuǎn)移方法，而采用主動的強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換方法，極大地提高了前導(dǎo)弧轉(zhuǎn)為切割弧的成功率，也即極大地提高了切割機(jī)的引弧成功率，解決了很難和數(shù)字化控制系統(tǒng)配套的難題。
文檔編號B23K9/06GK201913371SQ201020607838
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者吳月濤, 楊振文 申請人:深圳華意隆電氣股份有限公司