專利名稱：一種新型等離子切割機(jī)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種新型等離子切割機(jī)電源 本實(shí)用新型涉及一種新型等離子切割機(jī)電源。 焊接行業(yè)對(duì)等離子電源的要求是功率大，效率高，能耗低，體積小，重量輕，可靠性高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，性能靈活，暫載率高，能適應(yīng)不同的焊接材料和焊接要求，穩(wěn)定工作范圍大以及噪音小，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化等要求。 現(xiàn)有的等離子切割機(jī)逆變電源的高頻變壓器一般采用軟磁鐵氧體材料做磁芯，控制部分一般采用普通集成電路和分立元件為主的模擬硬件電路，驅(qū)動(dòng)電路一般采用專門的混合集成電路芯片，起弧電路一般采用電阻接觸后拉弧起弧、他激變壓器起弧或通過驅(qū)動(dòng)控制高壓變壓器次級(jí)輸出高壓擊穿空氣間隙以實(shí)現(xiàn)焊接電路的引導(dǎo)電弧，現(xiàn)有的引弧電路一般只有一個(gè)儲(chǔ)能諧振電容。 對(duì)等離子逆變焊接電源來說，現(xiàn)有的等離子切割機(jī)逆變電源存在如下的缺點(diǎn)[0005] 1、目前，在逆變式等離子切割機(jī)電源中關(guān)鍵部件高頻變壓器的問題一直沒有改善。適用于逆變電源高頻變壓器的磁芯材料一般采用鐵氧體、坡莫合金材料、非晶合金等材料和超微晶材料。其中鐵氧體磁環(huán)制作變壓器電源，鐵氧體磁環(huán)的主要弊病是環(huán)的內(nèi)緣與外緣的磁密度不同，非常容易形成內(nèi)緣部分飽和的故障，同時(shí)由于內(nèi)環(huán)部分磁通密度過高，溫度明顯增加，在使用時(shí)容易出現(xiàn)炸環(huán)等故障，同時(shí)磁環(huán)傳遞的能量有限，滿足不了全功率范圍的應(yīng)用；坡莫合金價(jià)格最高，從降低電源產(chǎn)品的成本方面不宜使用。非晶態(tài)合金和超微晶材料飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度雖然高，但其鐵損也高，且非晶態(tài)合金有幾個(gè)致命的弱點(diǎn)，如勵(lì)磁電流過大，容易造成逆變焊接電源的瞬間過載，在使用中非常容易造成變壓器飽和，在焊接設(shè)備的瞬間啟動(dòng)過程中，以上兩個(gè)問題基本是致命的，現(xiàn)在人們不得不在電路上采取其他措施進(jìn)行彌補(bǔ)。 2、在逆變焊接電源中，其控制部分和驅(qū)動(dòng)部分關(guān)系著整機(jī)性能的優(yōu)劣和可靠性。傳統(tǒng)的普通集成電路和分立元件為主的模擬硬件控制越來越難以適應(yīng)復(fù)雜焊接工藝控制的要求，主要表現(xiàn)在控制電路與主回路的銜接上還有一定的問題，標(biāo)準(zhǔn)的電源控制IC都是面對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定而設(shè)計(jì)的，焊接電源的本質(zhì)是一種穩(wěn)定電流的電源，另外焊接電源的工作狀態(tài)是氣體放電工作，要充分考慮負(fù)載的負(fù)阻抗效應(yīng)，這要求在電路設(shè)計(jì)上進(jìn)行充分的考慮?，F(xiàn)在流行的控制方式是電源由專門的控制IC控制，而反饋部分基本都是采用分離器件進(jìn)行控制，由于這部分集成度不夠高，很難完成各種智能型的控制要求，由于在焊接過程中需要隨時(shí)根據(jù)反饋的電流參數(shù)進(jìn)行主回路的控制，采用智能控制方式是未來發(fā)展的趨勢(shì)，但是在對(duì)反饋控制的處理上，普通的低位MCU計(jì)算和調(diào)整的能力略差，而高端的DSP雖然能夠得到比較好的效果，但是增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，在應(yīng)用中受到很大限制。[0007] 驅(qū)動(dòng)電路是使焊接電源中功率部件正常工作的核心元件，功率部件能否正常工作，絕大部分是由驅(qū)動(dòng)電路決定的，在焊接電源中，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)確定驅(qū)動(dòng)能力的驅(qū)動(dòng)電路至關(guān)重要， 一個(gè)良好的驅(qū)動(dòng)電路，需要滿足驅(qū)動(dòng)能力的要求，并且能夠在使用中
3檢測功率電路的缺陷及時(shí)進(jìn)行保護(hù)?，F(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)電路，在設(shè)計(jì)中成本高，體積大，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。 由于焊接環(huán)境的干擾強(qiáng)度大，使用環(huán)境惡劣，為了提升焊接設(shè)備的質(zhì)量和提高焊 接效果，探索更好的控制方式勢(shì)在必行。 3、在傳統(tǒng)的逆變焊接設(shè)備中，一直被廣泛采用的是空氣隙放電的方法進(jìn)行焊接的 起弧控制，此法簡單可靠，但是不能適應(yīng)不同的焊接材料和不同的焊接要求，因?yàn)槠鸹‰娐?對(duì)焊接工藝的影響非常大，如何能夠更好的控制起弧的效果，也是一個(gè)需要解決的問題。同 時(shí)，目前空氣等離子切割機(jī)電源所需空載電壓較高，而切割時(shí)的電弧電壓僅為空載電壓的 1/2 1/3，因而存在暫載率低的現(xiàn)象。 本實(shí)用新型克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種工作效率高、控制簡化、體積小的
新型等離子切割機(jī)電源。本實(shí)用新型為解決上述問題，采用如下技術(shù)方案 —種新型等離子切割機(jī)電源，其包括有 整流電路，將外界交流電轉(zhuǎn)換成直流電； 電容濾波電路，將直流電進(jìn)行電容濾波處理； 由IGBT和平板變壓器組成的逆變電路，將電容濾波電路輸出的直流電轉(zhuǎn)換成低 壓直流電； 隔離驅(qū)動(dòng)電路，與逆變電路連接； 控制電路，控制隔離驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路工作； 電感濾波電路，對(duì)逆變電路輸出的低壓直流電進(jìn)行電感濾波； 輸出電路，將經(jīng)電感濾波電路濾波后的直流電壓作為電源輸出且向控制電路反饋 直流電流； 起弧電路，向輸出電路提供起弧能量和起弧脈沖。 所述控制電路為模擬數(shù)字集成控制芯片。 所述模擬數(shù)字集成控制芯片型號(hào)為SG3525。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是 1、采用平板變壓器后，克服了以上傳統(tǒng)高頻逆變器的諸多不足，同時(shí)在熱性能、能
量密度上都有了新的提升，由于平板變壓器將功率分散在整個(gè)變壓器平面上，不存在以往
變壓器的核心發(fā)熱問題，同時(shí)可以把平板變壓器作為結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行使用，在整體實(shí)現(xiàn)中能
夠帶來更多優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際使用中，平板變壓器除了作為傳統(tǒng)的變壓器應(yīng)用外，還可以在變壓
器上集成各種其他功能部件(磁集成)，使之適用于目前正在推廣的各種高效率拓?fù)浞桨福?br> 帶來整體的高效率。采用平板變壓器開發(fā)的焊接電源，整體效率最高超過94%，小電流產(chǎn)品
甚至可以實(shí)現(xiàn)完全無風(fēng)扇工作，在提升效率節(jié)省能源的同時(shí)，提升了焊接電源的工作壽命。 2、在減少了體積的同時(shí)也簡化了實(shí)現(xiàn)的難度，控制部分的整體簡化，徹底避免了
通過控制板帶來的干擾，同時(shí)智能器件的應(yīng)用也帶來了產(chǎn)品的智能化。驅(qū)動(dòng)電路使用單電
源實(shí)現(xiàn)，即降低了產(chǎn)品的復(fù)雜度，也減少了故障點(diǎn)，使設(shè)計(jì)更加可靠。 3、智能化的起弧電路設(shè)計(jì)并完成了可以精確控制的逆變焊機(jī)起弧電路，該起弧電 路可以通過通信對(duì)起弧點(diǎn)火的能量和脈沖進(jìn)行精密的控制而當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，具有和傳統(tǒng)的空氣放電起弧電路相同的外部特性。 [
] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。 [具體實(shí)施方式
]
以下結(jié)合附圖與本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述 參見圖l，本實(shí)用新型為一種新型等離子切割機(jī)電源，其包括有順次連接的整流電 路1、電容濾波電路2、逆變電路3、電感濾波電路6、輸出電路7以及與逆變電路3連接的隔 離驅(qū)動(dòng)電路4、與隔離驅(qū)動(dòng)電路4連接的控制電路、與輸出電路7連接的起弧電路8。 整流電路1將外界交流電轉(zhuǎn)換成直流電；電容濾波電路2將直流電進(jìn)行電容濾波 處理；逆變電路3由IGBT和平板變壓器組成，逆變電路3將電容濾波電路2輸出的直流電 轉(zhuǎn)換成低壓直流電，逆變電路3使用多個(gè)磁路同時(shí)工作，通過對(duì)變壓器磁路的反復(fù)使用，達(dá) 到降低成本和縮小空間的目的，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，效率更高，散熱效果更好，更能節(jié)省材 料，降低成本。因此，可以將大大減小等離子切割機(jī)的體積和降低切割機(jī)的重量；控制電路 5控制隔離驅(qū)動(dòng)電路4驅(qū)動(dòng)逆變電路3工作，所述控制電路5為模擬數(shù)字集成控制芯片，型 號(hào)為SG3525，模擬數(shù)字集成控制芯片采用了模擬和數(shù)字信號(hào)混合處理的一種智能化MCU進(jìn) 行焊接控制，將焊接電源的控制部分和焊接電源的功率部分整體集成，功率部分的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)由智能控制的數(shù)字部分產(chǎn)生，以往模擬控制的PID算法改由智能控制單元內(nèi)部的模擬通 道實(shí)現(xiàn)，可以通過通信實(shí)時(shí)修改PID算法適應(yīng)不同的工藝要求，在減少了體積的同時(shí)也簡 化了實(shí)現(xiàn)的難度，控制部分的整體簡化，徹底避免了通過控制板帶來的干擾，同時(shí)智能器件 的應(yīng)用也帶來了產(chǎn)品的智能化；采用了專門的驅(qū)動(dòng)電路，整體體積減小(已經(jīng)采用厚膜電 路實(shí)現(xiàn))，并且在減少體積的同時(shí)，增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電源所使用的幾十A 到上百A的IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)，并且在電源上使用單電源實(shí)現(xiàn)，即降低了產(chǎn)品的復(fù)雜度，也 減少了故障點(diǎn)，使設(shè)計(jì)更加可靠；電感濾波電路6對(duì)逆變電路3輸出的低壓直流電進(jìn)行電感 濾波；輸出電路7將經(jīng)電感濾波電路6濾波后的直流電壓作為電源輸出，且向控制電路5反 饋直流電流，控制控制電路5的工作脈寬，使得輸出滿足要求；起弧電路8根據(jù)不同的工藝 條件和要求向輸出電路7提供符合要求的起弧能量和起弧脈沖。
權(quán)利要求一種新型等離子切割機(jī)電源，其特征在于包括有整流電路(1)，將外界交流電轉(zhuǎn)換成直流電；電容濾波電路(2)，將直流電進(jìn)行電容濾波處理；由IGBT和平板變壓器組成的逆變電路(3)，將電容濾波電路(2)輸出的直流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電；隔離驅(qū)動(dòng)電路(4)，與逆變電路(3)連接；控制電路(5)，控制隔離驅(qū)動(dòng)電路(4)驅(qū)動(dòng)逆變電路(3)工作；電感濾波電路(6)，對(duì)逆變電路(3)輸出的低壓直流電進(jìn)行電感濾波；輸出電路(7)，將經(jīng)電感濾波電路(6)濾波后的直流電壓作為電源輸出且向控制電路(5)反饋直流電流；起弧電路(8)，向輸出電路(7)提供起弧能量和起弧脈沖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種新型等離子切割機(jī)電源，其特征在于所述控制電路(5) 為模擬數(shù)字集成控制芯片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型等離子切割機(jī)電源，其特征在于所述模擬數(shù)字集成 控制芯片型號(hào)為SG3525。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種新型等離子切割機(jī)電源，其包括有順次連接的整流電路、電容濾波電路、逆變電路、電感濾波電路、輸出電路以及與逆變電路連接的隔離驅(qū)動(dòng)電路、與隔離驅(qū)動(dòng)電路連接的控制電路、與輸出電路連接的起弧電路。本實(shí)用新型目的在于提供一種工作效率高、控制簡化、體積小的新型等離子切割機(jī)電源。
文檔編號(hào)H02M1/14GK201491363SQ200920193239
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月18日
發(fā)明者彭建宇, 熊宇 申請(qǐng)人:中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院