CN103264214B - 一种等离子弧切割的起弧电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子弧切割的起弧电路，包括割炬、直流电源，脉冲电流电路，高频高压点火电路以及依次串联在直流电源的正与割炬的喷嘴之间的引弧继电器和引弧电路；直流电源的负与割炬的电极相连；直流电源的正还用于与工件相连；引弧电路包括：储释能元件、单向导通元件、泄能电阻和开关；单向导通元件的一端通过储释能元件与引弧继电器的常开端连接，单向导通元件的另一端与割炬的喷嘴连接；泄能电阻与开关串联后与储释能元件并联连接。本发明采用了引弧电路替代了传统的引弧电阻，摈弃了传统非接触式引弧方式中用的大功率引弧电阻，采用几乎无损耗的电容性元器件，减少了在引弧过程中的功率损耗，提高了器件的工作安全性。

Description

一种等离子弧切割的起弧电路

技术领域

本发明属于等离子弧切割技术领域，更具体地，涉及一种等离子弧切割的起弧电路。

背景技术

等离子弧切割是依靠高温高速的等离子弧束，把工件部分金属熔化蒸发，并吹离基体，随着等离子弧割炬的移动而形成切缝的一种切割方法。目前等离子切割设备产生电弧的方法有两种，一种是接触式起弧，引弧时喷嘴必须和工件短路，这种方式在有污渍和锈迹的工件上引弧困难，在表面覆有绝缘保护膜的金属板上几乎不能切割，而且喷嘴很容易损坏。

另一种当前使用更常见的方法是非接触引弧，非接触式无需喷嘴和工件接触。喷嘴和输出正之间通过引弧电阻和引弧继电器串联接通，引弧时先在喷嘴和电极间通过高压脉冲引弧先建立一个稳定的电弧(前导弧)，此时切割机输出较小的前导弧电流，经过引弧电阻，喷嘴和电极形成电流通路，在引弧电阻两端产生的电压施加在喷嘴和工件之间，使得电弧转移到工件上，这时切割设备才输出设定的切割大电流，从而完成电弧的产生维持和转移的目的。

非接触引弧获得非常广泛的应用，如图1所示，传统的前导弧和转移弧电路，在喷嘴114和直流电源100正之间通过引弧电阻R101和引弧继电器106串联接通，引弧时先在喷嘴和电极间建立一个稳定的电弧(前导弧)，前导弧电流经过引弧电阻，喷嘴和电极，由引弧电阻上产生的电压差，施加在喷嘴和工件之间，使得电弧从喷嘴转移到工件上。

但该方式仍然存在以下缺陷：

(1)目前通用的非接触式引弧方式，喷嘴和输出正之间串联的引弧电阻是前导弧电流流经的通路，因此引弧电阻需要承受很大的功率，经常损坏。

(2)当电弧从喷嘴向工件转移时，喷嘴和工件同时流过引弧电流，流过电极和工件的电流逐渐增加，流过引弧电阻和喷嘴的电流逐渐减小，因此引弧电阻两端的电压也在逐渐减小，而这个电压正是电弧转移所需要的。弧转移过程中，引弧电阻两端电压的减小使得电弧自动从电极和喷嘴之间转移到电极和工件之间的成功率不高。

(3)电弧完成转移但引弧继电器断开前，喷嘴电压和工件电压相等，当电极工件距离很大时，电极和工件间电压差很大，使得电极和喷嘴间压差也较大，电流更趋向于向喷嘴转移。由于引弧继电器是机械式的开关，断开会产生毫秒级的延时，在引弧继电器断开前，电弧会在工件和喷嘴间来回转移，导致切割弧的大电流流过喷嘴，对喷嘴的造成损坏，影响使用寿命。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种等离子弧切割的起弧电路，旨在解决现有技术中引弧电阻容易损坏、引弧成功率低以及喷嘴易损坏的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种等离子弧切割的起弧电路，包括割炬、直流电源，并联在直流电源两端的脉冲电流电路，并联在所述割炬的电极与所述割炬的喷嘴之间的高频高压点火电路，以及依次串联在直流电源的正与割炬的喷嘴之间的引弧继电器和引弧电路；所述直流电源的负与所述割炬的电极相连；所述直流电源的正还用于与工件相连；所述引弧电路包括：储释能元件、单向导通元件、泄能电阻和开关；所述单向导通元件的一端通过所述储释能元件与所述引弧继电器的常开端连接，所述单向导通元件的另一端与所述割炬的喷嘴连接；所述泄能电阻与开关串联后与所述储释能元件并联连接。

更进一步地，所述储释能元件为电容。

更进一步地，所述单向导通元件为二极管，所述二极管的阳极与所述储释能元件连接，所述二极管的阴极与喷嘴连接。

更进一步地，所述脉冲电流电路包括：依次串联的电容和电阻，以及并联在所述电容两端的电阻。

本发明采用了引弧电路替代了传统的引弧电阻，摈弃了传统非接触式引弧方式中用的大功率引弧电阻，采用几乎无损耗的电容性元器件，减少了在引弧过程中的功率损耗，提高了器件的工作安全性。同时由于电容的储能作用，使得它两端的电压不会减小，而是缓慢增加至保持稳定，这个电压有效的强迫电弧从电极和喷嘴之间转移到电极和工件之间，大大提高了电弧转移的成功率。另外，电弧完成转移但引弧继电器断开前，电容两端电压仍保持不变，即使当电极工件距离很大时，喷嘴和工件间电压之间存在的稳定电压差，能防止电弧回移至喷嘴，不会引起喷嘴的损坏。

附图说明

图1是现有技术提供的前导弧和转移弧电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的等离子弧切割的起弧电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的等离子弧切割的起弧电路是一种具有产生前导弧和强迫弧转移功能的电路，具有损耗低，安全可靠，引弧成功率高的优点。

图2示出了本发明实施例提供的等离子弧切割的起弧电路的结构，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：

等离子弧切割的起弧电路包括割炬、直流电源100，并联在直流电源两端的脉冲电流电路102，并联在所述割炬的电极115与割炬的喷嘴114之间的高频高压点火电路112，以及依次串联在直流电源100的正与割炬的喷嘴114之间的引弧继电器106和引弧电路107；直流电源100的负与割炬的电极115相连；直流电源100的正还与工件113相连；其中，引弧电路包括：储释能元件、单向导通元件、泄能电阻R109和开关K；单向导通元件的一端通过储释能元件与引弧继电器106的常开端连接，单向导通元件的另一端与割炬的喷嘴114连接；泄能电阻R109与开关K串联后与储释能元件并联连接。

本发明提供的等离子切割设备中的起弧电路与传统的引弧装置不同在于：采用了引弧电路107替代了传统的引弧电阻。摈弃了传统非接触式引弧方式中用的大功率引弧电阻，采用几乎无损耗的电容性元器件，减少了在引弧过程中的功率损耗，提高了器件的工作安全性。

在本发明实施例中，储释能元件可以为电容C108。单向导通元件可以为二极管D111，二极管D111的阳极与储释能元件连接，二极管的阴极与喷嘴114连接。储释能元件和单向导通元件还可以采用其它元器件。

当储释能元件为电容C108且单向导通元件为二极管D111时，前导弧电流流过电容C108，就会在电容C108两端建立电压，当电弧从喷嘴向工件转移时，流过电极和工件的电流逐渐增加，流过电容C108和喷嘴的电流逐渐减小，但由于电容C108的储能作用，使得它两端的电压不会减小，而是缓慢增加至保持稳定，这个电压有效的强迫电弧从电极和喷嘴之间转移到电极和工件之间，大大提高了电弧转移的成功率。电弧完成转移但引弧继电器断开前，电容C108两端电压仍保持不变，即使当电极工件距离很大时，喷嘴和工件间电压之间存在的稳定电压差，能防止电弧回移至喷嘴，不会引起喷嘴的损坏。

其中，直流电源100是等离子切割设备的功率输出单元，可以是斩波方式的直流源，在空载时输出较高的开路电压，典型的开路电压值360V，在切割时提供较大的输出电流，典型的切割电流值80～400A。

脉冲电流电路102，由电容C104和电阻R105串联组成，它在电极和喷嘴之间的气隙被击穿电离瞬间提供脉冲电流，电阻R103是高阻值的泄能电阻。在电极和喷嘴之间的气隙被击穿之前，直流电源100将电容C104充电至电源开路电压。

引弧继电器106可以采用机械式的开关，保证可靠的导通和断开前导弧电路支路。

高频高压点火电路112用于产生高频高压的电脉冲信号，用来击穿喷嘴和电极之间的气隙，实现等离子点火。

为了更进一步的说明本发明实施例提供的等离子弧切割的起弧电路，现结合图2详述如下：

等离子弧切割的起弧电路包括直流电源100，脉冲电流电路102，引弧继电器106，引弧电路107，高频高压点火电路112和割炬组成；直流电源100的负和割炬的电极115相连接；直流电源100的正和工件113相连接；脉冲电流电路102并联在直流电源100的正负两端；高频高压点火电路112并联在割炬的电极115和割炬的喷嘴114两端；引弧继电器106的一端与引弧电路107的一端相连接；引弧继电器106的另一端连接到直流电源100的正，引弧电路107的另一端相连接到割炬的喷嘴114。其中，引弧电路107由电容C108、二极管D111、泄能电阻R109和开关K组成；电容C108与二极管D111串联，形成前导弧电流通路，泄能电阻R109与开关K串联之后并接在电容C108两端，用于在转移弧成功之后泄放电容C108的能量。

该等离子弧切割的起弧电路的工作过程如下：

预备状态：等离子预流气体从割炬的喷嘴114流过，直流电源开始工作，输出开路电压，脉冲电流电路102充电至开路电压，引弧继电器106闭合，开关K断开。

引弧：高频高压点火电路112产生高频高压的电脉冲信号，击穿电极和喷嘴之间的气隙，电离等离子气体。脉冲电流电路102在电极和喷嘴之间的气隙被击穿电离瞬间，提供足够大的初始脉冲电流，形成电弧(前导弧)，持续时间约2ms。直流电源100在1～2ms时间内上升到稳态前导弧电流值，流经由引弧继电器，电容C108与二极管D111，喷嘴形成的电流通路，维持稳定的前导弧。

转移弧：电容C108两端随着前导弧电流流过，开始建立电压，并施加在喷嘴和工件之间，迫使电弧向工件转移。电弧全部转移至工件，流经电容C108和喷嘴的电流逐渐减小至零，但由于电容C108的储能作用，使得它两端的电压保持恒定，防止电弧在喷嘴和工件之间来回转移。

切割：停止高频高压的电脉冲信号，断开引弧继电器。直流电源100缓慢上升到切割电流值，等离子气流同步缓慢增大到设定的切割压力值，开始切割。闭合开关K，并泄放掉电容C108的能量。

当储释能元件为电容C108且单向导通元件为二极管D111时，前导弧电流流过电容C108，就会在电容C108两端建立电压，当电弧从喷嘴向工件转移时，流过电极和工件的电流逐渐增加，流过电容C108和喷嘴的电流逐渐减小，但由于电容C108的储能作用，使得它两端的电压不会减小，而是缓慢增加至保持稳定，这个电压有效的强迫电弧从电极和喷嘴之间转移到电极和工件之间，大大提高了电弧转移的成功率。电弧完成转移但引弧继电器断开前，电容C108两端电压仍保持不变，即使当电极工件距离很大时，喷嘴和工件间电压之间存在的稳定电压差，能防止电弧回移至喷嘴，不会引起喷嘴的损坏。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种等离子弧切割的起弧电路，包括割炬、直流电源(100)，并联在直流电源两端的脉冲电流电路(102)，并联在所述割炬的电极(115)与所述割炬的喷嘴(114)之间的高频高压点火电路(112)，以及依次串联在直流电源(100)的正与割炬的喷嘴(114)之间的引弧继电器(106)和引弧电路(107)；所述直流电源(100)的负与所述割炬的电极(115)相连；所述直流电源(100)的正还用于与工件(113)相连；其特征在于，所述引弧电路包括：

储释能元件、单向导通元件、泄能电阻R109和开关K；

所述单向导通元件的一端通过所述储释能元件与所述引弧继电器(106)的常开端连接，所述单向导通元件的另一端与所述割炬的喷嘴(114)连接；

所述泄能电阻R109与开关K串联后与所述储释能元件并联连接。

2.如权利要求1所述的起弧电路，其特征在于，所述储释能元件为电容。

3.如权利要求1或2所述的起弧电路，其特征在于，所述单向导通元件为二极管，所述二极管的阳极与所述储释能元件连接，所述二极管的阴极与喷嘴(114)连接。

4.如权利要求1所述的起弧电路，其特征在于，所述脉冲电流电路(102)包括：依次串联的电容C104和电阻R105，以及并联在所述电容C104两端的电阻R103。