專利名稱：一種lgk式逆變等離子切割電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高頻逆變技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種LGK式逆變等離子切 割電源。
背景技術(shù)：
目前，在切割電源領(lǐng)域，由于其工藝所需要的電壓大、大功率，國內(nèi)外 傳統(tǒng)的切割電源主要以硅整流和晶閘管整流式為主，整流式電源工作相對可 靠，技術(shù)上也比較成熟，但設(shè)備體積龐大、笨重、能耗低、效率低，且由于 -其結(jié)構(gòu)原因，動靜態(tài)特性方面也不夠理想。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供 一種LGK式逆變等離子切割電源。該電源設(shè)備體積、質(zhì)量小，效率高，節(jié)能 效果明顯，并具有良好的動特性。
本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)所述一種LGK式逆變等離子 切割電源，包括機箱和內(nèi)置電路，所述內(nèi)置電路包括主電路、外環(huán)均值電流 閉環(huán)控制電路組成，所述主電路包括整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變 壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊外接二相交流輸入 電源，所述整流平滑模塊外接負(fù)載；所述外環(huán)均值電流閉環(huán)控制龜路包括電 流電壓檢測模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊 依次連接組成，所述電流電壓檢測模塊還與負(fù)載相連接，所述高頻驅(qū)動模塊 還與高頻逆變模塊相連接，所述比較器的輸入端還連接有脈沖參數(shù)給定模塊， 所述比較器的輸出端還與脈寬調(diào)制模塊相連接。
為了更好地實現(xiàn)本實用新型，所述主電路包括安全保護電路，所述安全 保護電路包括網(wǎng)壓檢測模塊、電壓保護模塊、溫度檢測模塊、過熱保護模塊 構(gòu)成，所述網(wǎng)壓檢測模塊外接三相交流電源，所述電壓保護模塊分別與脈寬 調(diào)制模塊、單片機控制模塊相連接；所述溫度檢測模塊分別與高頻逆變模塊、 過熱保護模塊相連接，所述過熱保護模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接；所述單片
機控制模塊分別連接有外圍參數(shù)輸入顯示模塊、高頻引弧模塊，所述高頻引 弧模塊與負(fù)載相連接。
本實用新型的設(shè)計原理為首先，逆變技術(shù)大幅度的提高電源的頻率使 得電源中的主變壓器的體積，質(zhì)量的到大幅度的減小，同時還由于電子功率 器件工作于開關(guān)狀態(tài)，變壓器等可以采用鐵損很小的磁芯材料，所于效率很 高。主電路中由于存在電容，功率因數(shù)得到很大提高，節(jié)能效果明顯。又由 于工作頻率很高，主電路中濾波電感值小，電磁慣性小，易于獲得良好的動
特性。此外，逆變切割電源由于采用逆變技術(shù)，從而使其反應(yīng)靈敏，口了控性 好。本實用新型運用IGBT大功率轉(zhuǎn)換器，三相380V交流電經(jīng)全橋整流濾波 形成直流電，通過IGBT逆變部件轉(zhuǎn)換成20KHz以上的高頻交流脈沖，經(jīng)高 頻降壓后由快速整流管、電抗器整流為切割用的直流電源。系統(tǒng)中，專用控 制器用于基于電壓/電流反饋的IGBT逆變預(yù)測控制，以確保系統(tǒng)口J靠工作； 單片機用于外圍監(jiān)控和人機對話處理。
本實用新型為LGK式逆變等離子切割電源，主電路采用半橋式或全橋逆 變拓?fù)洌暪β识āＲ《疾捎酶哳l引弧。脈寬調(diào)制是通過誤差放人器放 大，在與基準(zhǔn)給定值進行比較，而產(chǎn)生兩組相互推挽的驅(qū)動信號，來控制功 率逆變開關(guān)管按照一定的時序?qū)ㄅc關(guān)閉，實現(xiàn)直流交流轉(zhuǎn)變。電流反饋是 在負(fù)載電流輸出端用霍爾元件檢測輸出電流，得到采樣信號，經(jīng)過放大、比 較，再輸送到脈寬調(diào)制模塊，來改變功率管的導(dǎo)通與截至?xí)r間，起到/對占 空比的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)功率調(diào)整的目的，使輸出能量穩(wěn)定。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果
1、 本實用新型采用單片機進行檢測反饋控制，并用來實現(xiàn)外圍監(jiān)控與人 機對話，使得電源的面板操作更方便簡潔，更人性化。
2、 本實用新型采用卨頻引弧模塊控制引弧，實現(xiàn)非接觸引弧，避免/電 極的污染，延長使用壽命。
3、 本實用新型采用高功率開關(guān)管與脈寬調(diào)制芯片實現(xiàn)直流與交流的轉(zhuǎn) 變，使得電流頻率大幅度提高，變壓器體積、質(zhì)量得到大幅度減小，控制也 變得更加靈敏，動特性得到很大改善?？傊?，使得切割電源的整體性發(fā)生了 質(zhì)的飛躍。

圖l是本實用新型內(nèi)置電路方框圖； 圖2是本實用新型的主電路原理圖3是本實用新型的脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊的電路原理圖； 圖4是本實用新型的單片機控制模塊的電路原理圖； 圖5是本實用新型的高頻引弧模塊的電路原理圖； 圖6是本實用新型的高頻逆變模塊的電路原理圖； 圖7是本實用新型的整流濾波模塊的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型做進一步的詳細(xì)說明，但本實用 新型的實現(xiàn)方式并不限于此。
本實用新型所述一種LGK式逆變等離子切割電源包括機箱和內(nèi)置電路， 如圖1所示，所述內(nèi)置電路包括主電路、外環(huán)均值電流閉環(huán)控制電路組成。主 電路由依次連接的整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103 和整流平滑模塊104組成，整流濾波模塊101與三相交流輸入電源相連接，整 流平滑模塊104與負(fù)載相連接。外環(huán)均值電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測 模塊112、比較器、單片機控制模塊107、脈寬調(diào)制模塊108和高頻驅(qū)動模塊109， 電流電壓檢測模塊112為電流傳感器，其一端與負(fù)載相連接，另一端與比較器
輸入端相連接，比較器的另一輸入端還連接有參數(shù)給定模塊in，比較器的輸
出端分別與脈寬調(diào)制模塊108、單片機控制模塊107相連接，脈寬調(diào)制模塊108 與高頻驅(qū)動模塊109相連接，高頻驅(qū)動模塊108與高頻逆變模塊102相連接。比 較器采用常用的TL084比較器，對外環(huán)檢測信號與給定參數(shù)進行比較，是對 實際切割電流與給定電流比較放大，把比較結(jié)果送給脈寬調(diào)制模塊108，實現(xiàn) 電流的穩(wěn)定。主電路中的安全保護電路包括網(wǎng)壓檢測模塊105、電壓保護模塊 106、溫度檢測模塊IIO、過熱保護模塊lll構(gòu)成，網(wǎng)壓檢測模塊105外接三相 交流電源，電壓保護模塊106分別與脈寬調(diào)制模塊108、單片機控制模塊107 相連接；網(wǎng)壓檢測模塊105檢測三相交流輸入電壓，為常用的電壓檢測裝置。 電壓保護模塊106為一常用的比較器，實現(xiàn)欠壓或者過壓保護。溫度檢測模塊 110分別與高頻逆變模塊102、過熱保護模塊lll相連接，過熱保護模塊lll與 脈寬調(diào)制模塊108相連接。單片機控制模塊107還分別連接有外圍參數(shù)輸入顯 示模塊114、高頻引弧模塊113，高頻引弧模塊113與負(fù)載相連接。
如圖2所示，本實用新型的主電路中，三相交流輸入電源接整流濾波模塊
101的整流塊BR1，然后連接濾波環(huán)節(jié)L1、 C5、 C6、 C7、 C8、 R3、 R4，再連 接高頻逆變模塊102的逆變橋VT, VT4及其吸收保護電路，輸出接功率變壓 模塊103的高頻功率變壓器T1初級，變壓器次級通過高頻全波整流電路D1 D4、濾波環(huán)節(jié)L2、 C9、 CIO、 C17、 C21、 R9、 R12后輸出直流電，以上環(huán)節(jié) 構(gòu)成功率主電路，高頻逆變模塊102包括兩個兩單元的IGBTVT, VT4 (如圖 6所示，為其中一橋臂)。此外，電流電壓檢測模塊112為傳感器HALL1，連 接在輸出負(fù)載端。電壓檢測是通過對輸出電壓分壓直接測取的。
如圖3所示，脈寬調(diào)制模塊108和高頻驅(qū)動模塊109主要由脈寬調(diào)制模塊 108的集成控制芯片SG3525以及高頻驅(qū)動模塊109的兩組驅(qū)動電路及輔助電 路相互連接組成。過流保護和電流反饋經(jīng)過比較放大與集成控制芯片SG3525 的引腳2相連接，作為集成芯片SG3525的輸入信號。在集成控制芯片SG3525 內(nèi)部與誤差信號比較，使集成控制芯片SG3525輸出相應(yīng)的四路PWM信號。 該四路兩兩互補的PWM信號經(jīng)過驅(qū)動模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號，在外部電源的作 用下產(chǎn)生四組兩兩相同的推挽式脈沖驅(qū)動信號，分別作為逆變橋開關(guān)管 VT, VT4的驅(qū)動信號。同時，電流電壓檢測模塊112同基準(zhǔn)電流、電壓信號 通過比較器比較后，與脈寬調(diào)制模塊108的集成控制芯片SG3525相連接。
如圖4所示，單片機控制模塊107主要由單片機AT89C2051、變壓器耦合 以及外圍輔助電路相互連接組成。單片機AT89C2051系統(tǒng)作為外部監(jiān)控與人 機對話的主要途徑。外部監(jiān)控信號如電源指示、故障指示、氣壓指示、檢氣 等分別于單片機AT89C2051的P1.2、 Pl.l、 Pl.O、 P1.5引腳連接，々X壓丌關(guān)、 焊槍開關(guān)、風(fēng)扇開關(guān)、電壓顯示開關(guān)以及高頻引弧開關(guān)等都是通過單片機 AT89C2051來控制的。利用單片機控制模塊107控制外部監(jiān)控與人機對話使得
切割機的控制參數(shù)多，控制方便，使得切割機的使用更簡易，易于推廣。
如圖5所示，本實用新型的高頻引弧是通過芯片IC1555觸發(fā)器控制高頻開 關(guān)場效應(yīng)管快速打開與關(guān)閉，實現(xiàn)T1的原邊得到高頻信號的產(chǎn)生。通過與負(fù) 載電路耦合的變壓器，使輸出端得到高頻信號。在高壓、高頻下使得非接觸 引弧得以實現(xiàn)。
如圖6所示，在高頻逆變模塊中，為防止IGBT開通和關(guān)斷時瞬間的電流、 電壓沖擊造成IGBT的損壞，在IGBT的C和E極之間并聯(lián)RC吸收保護電路。
如圖7所示，在整流濾波模塊中，D1 D4為快速二極管組用于輸出整流， Rl、 C15和R2、 C16分別組成上下兩組對稱的二極管的RC吸收回路。
應(yīng)用本實用新型的逆變等離亍切割電源時，三相工頻交流電經(jīng)過整流濾 波模塊101后成為平滑直流電后進入高頻逆變模塊102，單片機控制模塊107 根據(jù)電流電壓檢測模塊112檢測到負(fù)載的電流與設(shè)定值進行比較，經(jīng)過單片機 控制模塊107的控制算法運算，發(fā)給脈寬調(diào)制模塊108—個信號，脈寬調(diào)制模 塊108根據(jù)單片機控制模塊107設(shè)定的算法產(chǎn)生四路PWM信號，這四路PWM 信號通過高頻驅(qū)動模塊109放大去控制高頻逆變模塊102的開關(guān)管的開通和關(guān) 斷，從而得到20KHz高頻高壓電，高頻高壓電再經(jīng)過功率變壓模塊103轉(zhuǎn)換成 符合切割工藝要求的參數(shù)，再經(jīng)過整流平滑模塊104得到更加平滑的脈沖電 流，也就是外環(huán)均值閉環(huán)控制過程。網(wǎng)壓檢測模塊105檢測三相工頻電壓，把 檢測到的電壓信號送給電壓保護模塊106，如出現(xiàn)過壓、欠壓的現(xiàn)象，電壓保 護模塊106將送給脈寬調(diào)制模塊108—個信號，產(chǎn)生低電平通過高頻驅(qū)動模塊 109關(guān)斷高頻逆變模塊102的開關(guān)管，保護主電路安全工作。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1、一種LGK式逆變等離子切割電源，包括機箱和內(nèi)置電路，其特征是，所述內(nèi)置電路包括主電路、外環(huán)均值電流閉環(huán)控制電路組成，所述主電路包括整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，所述整流濾波模塊外接三相交流輸入電源，所述整流平滑模塊外接負(fù)載；所述外環(huán)均值電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊依次連接組成，所述電流電壓檢測模塊還與負(fù)載相連接，所述高頻驅(qū)動模塊還與高頻逆變模塊相連接，所述比較器的輸入端還連接有脈沖參數(shù)給定模塊，所述比較器的輸出端還與脈寬調(diào)制模塊相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LGK式逆變等離子切割電源，其特征是， 所述主電路包括安全保護電路，所述安全保護電路包括網(wǎng)壓檢測模塊、電壓 保護模塊、溫度檢測模塊、過熱保護模塊構(gòu)成，所述網(wǎng)壓檢測模塊外接三相 交流電源，所述電壓保護模塊分別與脈寬調(diào)制模塊、單片機控制模塊相連接； 所述溫度檢測模塊分別與高頻逆變模塊、過熱保護模塊相連接，所述過熱保' 護模塊與脈寬調(diào)制模塊相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LGK式逆變等離子切割電源，其特征是， 所述單片機控制模塊分別連接有外圍參數(shù)輸入顯示模塊、高頻引弧模塊，所 述高頻引弧模塊與負(fù)載相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種LGK式逆變等離子切割電源，其特 征是，所述單片機控制模塊主要由單片機AT89C2051、變壓器耦合以及外圍 輔助電路相互連接組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LGK式逆變等離子切割電源，其特征是， 所述脈寬調(diào)制模塊主要由集成控制芯片SG3525以及外圍電路連接組成。
專利摘要本實用新型公開了一種LGK式逆變等離子切割電源，包括機箱和內(nèi)置電路，內(nèi)置電路包括主電路、外環(huán)均值電流閉環(huán)控制電路、內(nèi)環(huán)峰值電流閉環(huán)控制電路組成，主電路包括整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和整流平滑模塊依次連接組成，外環(huán)均值電流閉環(huán)控制電路包括電流電壓檢測模塊、比較器、單片機控制模塊、脈寬調(diào)制模塊和高頻驅(qū)動模塊依次連接組成。本實用新型首次在逆變等離子切割電源中引入外環(huán)電流閉環(huán)控制電路和內(nèi)環(huán)峰值電流閉環(huán)控制電路，提高了逆變等離子切割電源的動靜態(tài)特性以及抗干擾能力。
文檔編號H02M7/537GK201002169SQ20062015452
公開日2008年1月9日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者凌德怡, 王振民, 陳毅丹, 黃石生 申請人:華南理工大學(xué)