CN103350273A - 等离子切割机引弧启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子切割机引弧启动电路，用于等离子切割机中。本发明包括第一电路和第二电路；所述第一电路用以快速击穿喷嘴与电极之间气体，产生等离子引导弧；所述第二电路用以维持稳定等离子引导弧。本发明可以安全可靠地启动引弧，具有结构简单、引弧电压高、安全可靠、成本低廉等优点，适用大中型等离子切割机应用场合。

Description

等离子切割机引弧启动电路

技术领域

本发明涉及一种等离子切割机引弧启动电路，用于等离子切割机中。

背景技术

等离子切割机的电气控制部分包括等离子电源装置、引弧装置、气控装置、数控系统、冷却系统等主要部分。引弧装置在切割弧发生前产生引导弧，即使喷嘴和电极之间的气体发生电离和产生等离子流，这是切割工件的第一步工序。引弧装置包括高频高压引弧电路或高压低频引弧电路、引弧启动电路、浪涌电压吸收电路、连接电缆等。引弧启动电路负责启动引弧电路，开始切割过程。引弧启动电路必须工作可靠，启动成功率高，受控于等离子电源控制器，启动时在等离子电源控制器的控制下接通引弧继电器，并触发导通引弧启动电路中功率器件，通过1W功率电路将直流电源正极连接到地（正极），负极本身连接割炬的电极，使得喷嘴与电极之间气体发生电离，产生等离子流，即引导弧。

截止目前，等离子切割机的应用日益广泛，引弧启动电路为必备电路之一，如专利号为201010266345.3、名称为等离子引弧装置的中国专利中就设置了引弧启动电路。但现有技术的等离子切割机引弧启动电路，存在结构复杂、引弧功率小、干扰大等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供一种电路结构简单、引弧功率大、干扰轻微的等离子切割机引弧启动电路。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种等离子切割机引弧启动电路，其特征在于：包括第一电路和第二电路；

所述的第一电路包括升压电路、功率二极管电路、第一端子、第二端子、第二公共端；升压电路包括升压模块，所述的升压模块包括电解电容、交流电容、电阻，电解电容、交流电容、电阻并联；功率二极管电路包括功率二极管；升压电路一端与第一端子相连，另一端与第二公共端相连；功率二极管电路一端与第二端子相连，另一端与第二公共端相连；

所述的第二电路包括第三电阻、RCD缓冲电路、RC缓冲电路、IGBT、第一稳压二极管、第六电阻、第七电阻、第三公共端；所述第三电阻一端与第一端子相连，另一端与第三公共端相连；RCD缓冲电路一端与第三公共端相连，另一端与第二公共端相连；RC缓冲电路一端与第三公共端相连，另一端与第二公共端相连；IGBT的集电极与第三公共端相连，发射极与第二公共端相连，门极与第一稳压二极管的阴极、第六电阻的一端、第七电阻的一端相连，而第一稳压二极管的阳极、第六电阻的另一端与第二公共端相连，第七电阻的另一端用于与上位机驱动器的输出端相连。

本发明所述的升压电路包括第一升压模块、第二升压模块、第一公共端；第一升压模块包括第一电解电容、第二交流电容、第一电阻，所述第一电解电容、第二交流电容、第一电阻并联，第一电解电容正极与第一端子相连，负极与第一公共端相连；所述的第二升压模块包括第二电解电容、第三交流电容、第二电阻，所述第二电解电容、第三交流电容、第二电阻并联，第二电解电容负极与第二公共端相连，正极与第一公共端相连。

本发明所述的功率二极管电路包括第一功率二极管、第二功率二极管、第四交流电容；所述第一功率二极管、第二功率二极管、第四交流电容并联，第一功率二极管和第二功率二极管的阳极公共端与第二公共端相连，第一功率二极管和第二功率二极管的阴极公共端与第二端子相连。

本发明所述的第一电路还包括第一交流电容，所述第一交流电容的一端与第一端子相连，其另一端与第二公共端相连。

本发明所述的RCD缓冲电路包括第三功率二极管、第四功率二极管、第四电阻、第五电容；所述第三功率二极管与第四功率二极管同向并联后其阳极公共端与第三公共端相连，其阴极公共端与并联后的第四电阻和第五电容的一端相连，第四电阻和第五电容的另一端与第二公共端相连。

本发明所述的RC缓冲电路包括第六交流电容和第五电阻，所述第六交流电容与第五电阻串联后，第五电阻的一端与第二公共端相连,第六交流电容的一端与第三公共端相连。

本发明所述的第二电路还包括第五功率二极管与第六功率二极管，第五功率二极管与第六功率二极管同向并联后，其公共阴极与第三公共端相连，其公共阳极与第二公共端相连。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：可以安全可靠地启动引弧，具有结构简单、引弧电压高、安全可靠、成本低廉等优点，适用大中型等离子切割机应用场合。

附图说明

图1为本发明实施例电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明实施例包括第一电路1和第二电路2，第一电路1用以快速击穿喷嘴与电极之间气体，产生等离子引导弧，第二电路2用以维持稳定等离子引导弧。

第一电路1包括升压电路、功率二极管电路、第一端子T1、第二端子T2、第二公共端COM2、第一交流电容C1。

第一端子T1为直流电压负极，经由受控于等离子电源控制器的继电器引入。第二端子为直流电压正极（大地），经由受控于等离子电源控制器的继电器引出。

升压电路包括升压模块，升压模块包括电解电容、交流电容、电阻，电解电容、交流电容、电阻并联。升压电路以电解电容正极所在一端与第一端子T1相连，以电解电容负极所在一端与第二公共端COM2相连。

本实施例中，升压模块为两个，为第一升压模块和第二升压模块。第一升压模块包括第一电解电容E1、第二交流电容C2、第一电阻R1，第一电解电容E1、第二交流电容C2、第一电阻R1并联，第一电解电容E1正极与第一端子T1相连，负极形成第一公共端COM1。第二升压模块包括第二电解电容E2、第三交流电容C3、第二电阻R2，第二电解电容E2、第三交流电容C3、第二电阻R2并联，第二电解电容E2负极形成第二公共端COM2，正极形成第一公共端COM1。第一公共端COM1可由第一电解电容E1负极和第二电解电容E2正极共同形成。第一电解电容E1和第二电解电容E2串联。

功率二极管电路以功率二极管阴极所在一端与第二端子T2相连，以功率二极管阳极所在一端与第二公共端COM2相连。功率二极管电路包括第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第四交流电容C4。第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第四交流电容C4并联，第一功率二极管D1和第二功率二极管D2的阳极公共端与第二公共端COM2相连，第一功率二极管D1和第二功率二极管D2的阴极公共端与第二端子T2相连。

第一交流电容C1的一端与第一端子T1相连，其另一端与第二公共端COM2相连。

第二电路2包括第三电阻R3、RCD缓冲电路、RC缓冲电路、IGBT、第一稳压二极管ZD1、第六电阻R6、第七电阻R7、第三公共端COM3、第五功率二极管D5、第六功率二极管D6。

第三电阻R3一端与第一端子T1相连，另一端形成第三公共端COM3。第三电阻R3阻值为1W。

RCD缓冲电路一端与第三公共端COM3相连，另一端与第二公共端COM2相连。RCD缓冲电路包括第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第四电阻R4、第五电容C5，第三功率二极管D3与第四功率二极管D4同向并联后其阳极公共端与第三公共端COM3相连，其阴极公共端与并联后的第四电阻R4和第五电容C5的一端相连，第四电阻R4和第五电容C5的另一端与第二公共端COM2相连。

第五功率二极管D5与第六功率二极管D6同向并联后，其公共阴极与第三公共端COM3相连，其公共阳极与第二公共端COM2相连。

RC缓冲电路一端与第三公共端COM3相连，另一端与第二公共端COM2相连。RC缓冲电路包括第六交流电容C6和第五电阻R5，第六交流电容C6和第五电阻R5串联后，第五电阻R5的一端与第二公共端COM2相连,第六交流电容C6的一端与第三公共端COM3相连。

IGBT即为绝缘栅双极型晶体管。IGBT的集电极与第三公共端COM3相连，发射极与第二公共端COM2相连，门极与第一稳压二极管ZD1的阴极、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端相连，而第一稳压二极管ZD1的阳极、第六电阻R6的另一端与第二公共端COM2相连，第七电阻R7的另一端用于与上位机驱动器的输出端相连。

本发明工作原理如下：

在引弧之初，第一电路1工作，等离子电源控制器的继电器接通，将等离子电源电压负极连接到第一端子T1，将等离子电源电压正极连接到第二端子T2，电压迅速经过串联后的第一电解电容E1和第二电解电容E2、并联后的第一功率二极管D1与第二功率二极管D2，施加在割炬喷嘴与电极之间，形成直流引弧电流，开始产生等离子流。起始引弧电压310V左右。随着第一电解电容E1和第二电解电容E2电压的上升，形成的电流越来越小，此时需要启动第二电路2。第一电解电容E1和第二电解电容E2电压串联可以加倍耐压能力，但是需要进行动态均压和静态均压。第一交流电容C1起到高频滤波作用，第二交流电容C2、第三交流电容C3起到去高频滤波作用和动态均压作用，第一电阻R1、第二电阻R2起到静态均压作用。第一功率二极管D1与第二功率二极管D2起到单向导电作用，防止电流倒灌。第四交流电容C4起到去高频滤波作用和电压钳位作用，保护第一功率二极管D1与第二功率二极管D2。

在引弧第二阶段，第二电路2工作，上位机驱动器PWM电压经过第七电阻R7限流、第一稳压二极管ZD1限压、第六电阻R6下拉作用，触发IGBT导通。这时第一端子T1与第二端子T2之间的电压经由第三电阻R3、IGBT导通形成稳定的维持电流，维持稳定的引弧电流，产生合适能量的引弧电流，为后续进行转移弧做好准备。第三电阻R3阻值为1W，引弧电压250V左右，产生引弧电流40A左右，稳定不变。RCD缓冲电路防止功率器件IGBT两端出现电压尖峰。RC缓冲电路防止功率器件IGBT两端出现双向电压尖峰。第五电容C5、第五电阻R5构成防反压钳位支路，保护功率器件IGBT。第七电阻R7为门极电阻，起到调节门极驱动电流能力。第一稳压二极管ZD1可以防止门极电压过高，损伤功率器件IGBT。第六电阻R6起到下拉作用，防止功率器件IGBT误触发。

本实例中：直流输入电压宽范围310V－150V，引弧电流40A，额定输出功率为6.0kW。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种等离子切割机引弧启动电路，其特征在于：包括第一电路和第二电路；

所述的第一电路包括升压电路、功率二极管电路、第一端子、第二端子、第二公共端；升压电路包括升压模块，所述的升压模块包括电解电容、交流电容、电阻，电解电容、交流电容、电阻并联；功率二极管电路包括功率二极管；升压电路一端与第一端子相连，另一端与第二公共端相连；功率二极管电路一端与第二端子相连，另一端与第二公共端相连；

所述的第二电路包括第三电阻、RCD缓冲电路、RC缓冲电路、IGBT、第一稳压二极管、第六电阻、第七电阻、第三公共端；所述第三电阻一端与第一端子相连，另一端与第三公共端相连；RCD缓冲电路一端与第三公共端相连，另一端与第二公共端相连；RC缓冲电路一端与第三公共端相连，另一端与第二公共端相连；IGBT的集电极与第三公共端相连，发射极与第二公共端相连，门极与第一稳压二极管的阴极、第六电阻的一端、第七电阻的一端相连，而第一稳压二极管的阳极、第六电阻的另一端与第二公共端相连，第七电阻的另一端用于与上位机驱动器的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的等离子切割机引弧启动电路，其特征在于：所述的升压电路包括第一升压模块、第二升压模块、第一公共端；第一升压模块包括第一电解电容、第二交流电容、第一电阻，所述第一电解电容、第二交流电容、第一电阻并联，第一电解电容正极与第一端子相连，负极与第一公共端相连；所述的第二升压模块包括第二电解电容、第三交流电容、第二电阻，所述第二电解电容、第三交流电容、第二电阻并联，第二电解电容负极与第二公共端相连，正极与第一公共端相连。

3.根据权利要求1所述的等离子切割机引弧启动电路，其特征在于：所述的功率二极管电路包括第一功率二极管、第二功率二极管、第四交流电容；所述第一功率二极管、第二功率二极管、第四交流电容并联，第一功率二极管和第二功率二极管的阳极公共端与第二公共端相连，第一功率二极管和第二功率二极管的阴极公共端与第二端子相连。

4.根据权利要求1所述的等离子切割机引弧启动电路，其特征在于：所述的第一电路还包括第一交流电容，所述第一交流电容的一端与第一端子相连，其另一端与第二公共端相连。

5.根据权利要求1所述的等离子切割机引弧启动电路，其特征在于：所述的RCD缓冲电路包括第三功率二极管、第四功率二极管、第四电阻、第五电容；所述第三功率二极管与第四功率二极管同向并联后其阳极公共端与第三公共端相连，其阴极公共端与并联后的第四电阻和第五电容的一端相连，第四电阻和第五电容的另一端与第二公共端相连。

6.根据权利要求1所述的等离子切割机引弧启动电路，其特征在于：所述的RC缓冲电路包括第六交流电容和第五电阻，所述第六交流电容与第五电阻串联后，第五电阻的一端与第二公共端相连,第六交流电容的一端与第三公共端相连。

7.根据权利要求1所述的等离子切割机引弧启动电路，其特征在于：所述的第二电路还包括第五功率二极管与第六功率二极管，第五功率二极管与第六功率二极管同向并联后，其公共阴极与第三公共端相连，其公共阳极与第二公共端相连。

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