CN106425063A - 数字化等离子切割电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字化等离子切割电源，其包括主电路模块和控制模块；主电路模块包括依次连接的输入整流滤波电路、IGBT逆变电路和输出整流滤波电路；控制模块包括一单片机，单片机上连接有输入设备、编码器和控制开关，单片机连接有反馈装置，反馈装置连接输出整流滤波电路；单片机上连接有用于处理与机器人通信数据的滤波器、用于放大驱动信号的第二运算放大器，第二运算放大器连接IGBT逆变电路；单片机连接有一CMOS器件，CMOS器件连接一显示器，单片机通过可控硅连接电磁阀，单片机通过继电器连接一高频板。本发明提高了切割电源的控制精确性，解决了现有切割电源功耗大的问题，还提供了与机器人对接的串口，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及切割电源领域，具体涉及数字化等离子切割电源。
背景技术
等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部分或局部熔化(和蒸发)，并借高速等离子的动量（一般采用空气压缩机压缩空气，并将压缩的空气排出并结合切割电源形成的电弧，形成切割电弧）排除熔融金属以形成切口的一种加工方法，故等离子切割电源在整个施工中具有举足轻重的地位。
而现有的等离子切割电源的主电路采用普通工频变压器，其耗电量大，使用成本高；现有的等离子切割电源的控制部分采用模拟电路进行控制，其控制精确度低，容易造成切割效果差，严重时甚至会使加工件报废，由于其采用模拟电路进行控制，普遍不具备机器人通信接口，使得使用局限性大，降低了生产效率，同时只能依靠进口。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的数字化等离子切割电源解决了现有等离子切割电源耗能大、控制效果差和无法与机器人通信的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种数字化等离子切割电源，其包括主电路模块和与主电路模块相连接的控制模块；主电路模块包括依次连接的输入整流滤波电路、IGBT逆变电路和输出整流滤波电路；控制模块包括一单片机，单片机上连接有输入设备、编码器和控制开关，单片机通过第一运算放大器连接有用于检测电源实际输出电流大小的反馈装置，反馈装置连接输出整流滤波电路；单片机上连接有用于处理与机器人通信数据的滤波器、用于放大驱动信号的第二运算放大器，第二运算放大器连接IGBT逆变电路；单片机输出端连接有一CMOS器件， CMOS器件连接一显示器，单片机通过可控硅连接电磁阀，单片机通过继电器连接一用于配合喷嘴形成切割电弧的高频板。
进一步地，输入整流滤波电路包括第一整流器和与第一整流器相连接的第一滤波器。
进一步地，IGBT逆变电路包括IGBT逆变器和与IGBT逆变器相连接的变压器， IGBT逆变器连接第一滤波器。
进一步地，输出整流滤波电路包括第二整流器和与第二整流器相连接的第二滤波器，第一整流器连接变压器。
进一步地，单片机上还连接有用于保护电路的温度传感器、水压传感器和气压传感器。
进一步地，温度传感器、水压传感器和气压传感器与单片机之间均设置有一光耦隔离器。
进一步地，控制开关与单片机之间设置有光耦隔离器。
进一步地，反馈装置为电流传感器，电流传感器串联第二滤波器。
进一步地，输入设备为键盘。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用IGBT逆变电路，并结合输入整流滤波电路和输出整流滤波电路，使得等离子电源功耗低且便于调控输出功率。
2、本发明的控制模块采用单片机作为处理器，可以实现编程控制、机械控制和与机器人通信，有效提高本等离子切割电源的实用性。
3、本发明解决了普通模拟电路抗高频干扰能力低的问题，使得本等离子切割电源性能更加稳定。
4、本发明设置的温度、水压和气压传感器可以实时监测等离子切割电源的工作环境，在出现异常时向单片机发送信号，使本等离子切割电源电路锁定，保证本等离子切割电源的使用安全性，防患生产事故。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该数字化等离子切割电源包括主电路模块和与主电路模块相连接的控制模块；主电路模块包括依次连接的输入整流滤波电路、IGBT逆变电路和输出整流滤波电路，其中输入整流滤波电路包括第一整流器和与第一整流器相连接的第一滤波器；IGBT逆变电路包括IGBT逆变器和与IGBT逆变器相连接的变压器， IGBT逆变器连接第一滤波器；输出整流滤波电路包括第二整流器和与第二整流器相连接的第二滤波器，第一整流器连接变压器。
为了使控制模块实现可编程控制、机械控制和与机器人通信，控制模块包括一单片机，单片机上连接有用于控制其工作的输入设备、编码器和控制开关，其中输入设备设置为键盘，单片机通过第一运算放大器连接有用于检测主电路模块实际输出电流大小的反馈装置，反馈装置设置为电流传感器，电流传感器串联第二滤波器；单片机上连接有用于处理与机器人通信数据的滤波器、用于放大对电源功率进行调节的驱动信号的第二运算放大器，第二运算放大器连接IGBT逆变器；单片机通过CMOS器件连接一显示器，单片机通过可控硅连接电磁阀，该电磁阀用于控制气体压缩机中气体的排放，单片机通过继电器连接一用于配合喷嘴形成切割电弧的高频板。
在具体实施时，单片机选用ARM处理器stm32f103rct6芯片，CMOS器件采用74HC595，第三滤波器采用PCA82C250。
为了防止本等离子切割电源在工作时出现异常，消除安全隐患，单片机上还连接有用于保护电路的温度传感器、水压传感器和气压传感器，温度传感器、水压传感器和气压传感器与单片机之间均设置有一光耦隔离器，其中光耦隔离器的设置使得温度传感器、水压传感器和气压传感器传输的信号更便于单片机识别，防止单片机死机。
在本发明的一个实施例中，为了使控制开关发送给单片机的信号更容易识别，减少单片机的死机概率，控制开关与单片机之间设置有光耦隔离器。
本发明的主电路模块将三相交流电经输入整流滤波电路处理后输出540V左右的直流电，该直流电通过IGBT逆变电路的处理变成20KHZ的高频交流电，并将其电压进行降压处理；最后再经过输出整流滤波电路的处理成为平滑的直流电。
本发明在使用前，可以操作输入设备和编码器对单片机下达命令，命令包括设置电源输出电流大小；设置数字化等离子电源的工作模式（二步或四步）；设置数字化等离子电源可使用的割炬类型（如水冷割炬或气冷割炬）；设置前气时间、起弧电流、缓升时间、缓降时间、收弧时间和后气时间，所有的命令均可以显示在显示器上；
在使用时，按下控制开关输出一个电压通过光耦隔离器进入单片机，单片机将发送信号给可控硅和继电器，使可控硅接通电磁阀工作并控制压缩空气的流通，继电器使高频板工作，高频板产生一个高压通过高频互感线圈感应到母线（负端），使电极（负端）产生高压与喷嘴（正端）形成切割电弧，电弧在压缩空气的作用下喷出，形成等离子电弧；当电弧形成时，反馈装置将检测到电流信号，并将该电流信号经第一运算放大器放大后输入单片机，此时单片机将对比此电流信号与设定的电流值大小，并通过第二运算放大器放大后输出精确的脉宽调制信号，其中第二运算放大器可以设置多个，分别输出放大后的脉宽调制信号作用于IGBT逆变器，使主电路模块的输出精度更高；
当需要停止切割时，只需操控单片机向可控硅和继电器发送信号，使电磁阀工作并停止压缩气体的流通，使高频板停止工作节约能源；
当需要切割机停止工作时，只需松开控制开关，单片机停止切割电弧工作，电磁阀A延时（10-30s，时间可调）停止工作。
当温度、水压或气压传感器有一个数据超出阈值时，该传感器将向单片机发送危险信号，使单片机锁定整个工作电路，并将错误信息显示在显示器上，从而精确保护数字化等离子电源不会因为温度过高、水压不足或气压不足而损坏。
综上所述，本发明提高了切割电源的控制精确性，解决了现有切割电源功耗大的问题，还提供了与机器人对接的串口，有利于提高数字化控制与生产效率。
Claims (9)
1.一种数字化等离子切割电源，其特征在于：包括主电路模块和与所述主电路模块相连接的控制模块；所述主电路模块包括依次连接的输入整流滤波电路、IGBT逆变电路和输出整流滤波电路；所述控制模块包括一单片机，所述单片机上连接有输入设备、编码器和控制开关，所述单片机通过第一运算放大器连接有用于检测电源实际输出电流大小的反馈装置，所述反馈装置连接输出整流滤波电路；单片机上连接有用于处理与机器人通信数据的滤波器、用于放大驱动信号的第二运算放大器，第二运算放大器连接IGBT逆变电路；单片机输出端连接有一CMOS器件，所述CMOS器件连接一显示器，单片机通过可控硅连接电磁阀，单片机通过继电器连接一用于配合喷嘴形成切割电弧的高频板。
2.根据权利要求1所述的数字化等离子切割电源，其特征在于：所述输入整流滤波电路包括第一整流器和与所述第一整流器相连接的第一滤波器。
3.根据权利要求1或2所述的数字化等离子切割电源，其特征在于：所述IGBT逆变电路包括IGBT逆变器和与所述IGBT逆变器相连接的变压器，所述IGBT逆变器连接第一滤波器。
4.根据权利要求3所述的数字化等离子切割电源，其特征在于：所述输出整流滤波电路包括第二整流器和与所述第二整流器相连接的第二滤波器，所述第一整流器连接变压器。
5.根据权利要求1所述的数字化等离子电源控制器，其特征在于：所述单片机上还连接有用于保护电路的温度传感器、水压传感器和气压传感器。
6.根据权利要求1所述的数字化等离子电源控制器，其特征在于：所述温度传感器、水压传感器和气压传感器与单片机之间均设置有一光耦隔离器。
7.根据权利要求1所述的数字化等离子电源控制器，其特征在于：所述控制开关与单片机之间设置有光耦隔离器。
8.根据权利要求4所述的数字化等离子电源控制器，其特征在于：所述反馈装置为电流传感器，所述电流传感器串联第二滤波器。
9.根据权利要求1所述的数字化等离子电源控制器，其特征在于：所述输入设备为键盘。
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