CN108857003A - 等离子切割机控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子切割机控制电路及控制方法，控制电路包括：主电路模块，包括第一输出端和第二输出端；引导弧开关模块，包括并联的引导弧开关元件及功率电阻，其一端连接至引导弧电极的另一端；引导弧检测模块，其一端连接至引导弧开关模块的另一端，其另一端连接至主电路模块；控制模块，用于根据流经引导弧检测模块的电流判断等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态，并控制主电路模块及引导弧开关元件，其中，在引导弧开关元件断开时，主电路模块经由功率电阻与引导弧电极导通；在引导弧开关元件导通时，功率电阻短接。本发明提供的电路及方法提高切割效率，增加切割精度并减少设备的能耗。

Description

等离子切割机控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及电气元件，特别涉及一种等离子切割机控制电路及控制方法。

背景技术

等离子弧切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化(和蒸发)，并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。

目前，逆变等离子切割机电源设备，其基本工作原理为：交流市电输入电压通过整流滤波后得到直流电压；再通过功率器件将直流电压逆变为交流电压；交流电压施加到变压器进行降压；降压后的交流电压经整流后得到适合切割使用的直流电；再利用气体作为导电介质，通过专用电路将割炬中气体电离形成高温高速的等离子弧及其焰流来熔化金属，最终移动割炬对各种金属进行切割。常用逆变等离子弧切割机主要由功率电路、气路及割炬组成。对金属进行切割时，由于现有技术的限制，由割炬对切割机进行控制，切割多种复杂图形时，需要多次启动割炬开关，多次重复起弧，操作繁琐。尤其对于数控机床，快速切字广告机切割时，效果更加不够理想。

具体地，在等离子切割机的使用中，通常需要先引燃引导弧，当引导弧与工件接触而转为主弧后，引导弧关闭，在切割过程中主弧和引导弧切换过程中，由于控制信号传输延迟，容易导致切换过程中掉电断弧，进而造成切割过程中多次起弧，影响切割效率，降低切割精度并增加设备的能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子切割机控制电路及控制方法，从而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的上述技术问题。

本发明的其它特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的第一个方面，提供等离子切割机控制电路，用于控制主弧及引导弧，包括：

主电路模块，包括分别连接至主弧电极两端的第一输出端和第二输出端，所述第一输出端还连接至引导弧电极的一端；

引导弧开关模块，所述引导弧开关模块包括并联的引导弧开关元件及功率电阻，所述引导弧开关模块的一端连接至所述引导弧电极的另一端；

引导弧检测模块，所述引导弧检测模块的一端连接至所述引导弧开关模块的另一端，所述引导弧检测模块的另一端连接至所述主电路模块；

控制模块，用于根据流经所述引导弧检测模块的电流判断所述等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态，并根据所判断的工作状态，控制所述主电路模块的电流输出及所述引导弧开关元件的导通和断开，其中，在所述引导弧开关元件断开时，所述主电路模块经由所述功率电阻与所述引导弧电极导通；在所述引导弧开关元件导通时，所述功率电阻短接，所述主电路模块经由所述引导弧开关元件与所述引导弧电极导通。

可选地，在所述控制模块指示所述引导弧开关元件的导通之后，所述引导弧开关元件导通之前，流经所述功率电阻的电流已增大至所述引导弧的工作电流。

可选地，所述主电路模块包括：

逆变模块，所述逆变模块接收所述控制模块输出的控制信号，所述控制信号控制所述逆变模块输出主弧工作状态下的第一电流信号或引导弧工作状态下的第二电流信号；

输出电路模块，所述输出电路模块的一端连接至所述逆变模块的输出端以接收所述第一电流信号或第二电流信号，所述输出电路模块的另一端连接至所述第一输出端和第二输出端。

可选地，所述主电路模块还包括：

变压器，所述输出电路模块的一端通过所述变压器连接至至所述逆变模块的输出端；

输出整流电路模块，所述输出电路模块的一端通过所述输出整流电路模块连接至所述变压器，所述引导弧检测模块的另一端连接至输出整流电路模块的输出端。

可选地，所述控制模块还包括：

脉冲调制模块，用于向所述逆变模块输出脉冲信号以作为所述控制信号。

可选地，还包括：

限流电阻，所述限流电阻的一端连接至所述引导弧开关模块的另一端，所述限流电阻的另一端连接至所述引导弧电极的另一端

可选地，所述引导弧开关元件为绝缘栅双极型晶体管。

可选地，所述引导弧检测模块为霍尔传感器。

根据本发明的又一方面，还包括一种等离子切割机控制方法，应用于如上所述的等离子切割机控制电路，所述等离子切割机控制方法包括：

根据流经所述引导弧检测模块的电流判断所述等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态，并根据所判断的工作状态，控制所述主电路模块的电流输出及所述引导弧开关元件的导通和断开，其中，在所述引导弧开关元件断开时，所述主电路模块经由所述功率电阻与所述引导弧电极导通；在所述引导弧开关元件导通时，所述功率电阻短接，所述主电路模块经由所述引导弧开关元件与所述引导弧电极导通。

可选地，根据流经所述引导弧检测模块的电流判断所述等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态包括：

判断流经所述引导弧检测模块的电流是否大于等于引导弧电流识别电流值；

若是，则确定所述等离子切割机进入引导弧工作状态；

若否，则确定所述等离子切割机进入主弧工作状态。

本发明提供的等离子切割机控制电路及控制方法相比现有技术具有如下优势：

控制模块根据引导弧检测模块的反馈控制主电路模块及引导弧开关模块实现主弧和引导弧的切换，同时，在所述引导弧开关元件断开时，所述主电路模块经由所述功率电阻与所述引导弧电极导通；在所述引导弧开关元件导通时，所述功率电阻短接，所述主电路模块经由所述引导弧开关元件与所述引导弧电极导通，以防止由于控制信号传输延迟，导致切换过程中掉电断弧，从而减少起弧次数，提升切割效率，增加切割精度并减少设备的能耗。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是这里的详细说明以及附图仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1为本发明一实施例的等离子切割机控制电路的示意图；

图2为本发明一实施例的等离子切割机控制方法的流程图。

图3为本发明一实施例的等离子切割机控制方法中判断工作状态的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的结构、部件、步骤、方法等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、部件或者操作以避免模糊本发明的各方面。

首先参考图1，图1为本发明一实施例的等离子切割机控制电路的示意图。等离子切割机控制电路用于控制主弧及引导弧。等离子切割机控制电路包括主电路模块120、引导弧开关模块130、引导弧检测模块140及控制模块150。

主电路模块120包括分别连接至主弧电极191两端的第一输出端125和第二输出端126。所述第一输出端125还连接至引导弧电极192的一端。

在本发明的各个实施例中，主电路模块120还可以包括逆变模块121、输出电路模块123、变压器122及输出整流电路模块124。

所述逆变模块121接收所述控制模块150输出的控制信号，所述控制信号控制所述逆变模块121输出主弧工作状态下的第一电流信号或引导弧工作状态下的第二电流信号。具体而言，所述逆变模块121还接收一输入整流滤波电路110输入的直流信号。在具体实现中。所述逆变模块121在控制信号的指示下将该直流信号逆变为主弧工作状态下的第一电流信号或引导弧工作状态下的第二电流信号。

输出电路模块123的一端连接至所述逆变模块121的输出端以接收所述第一电流信号或第二电流信号，所述输出电路模块的另一端连接至所述第一输出端125和第二输出端126。具体而言，输出电路模块123包括并联为四路的两个压敏电阻和两个电阻，其中，输出电路模块123还包括分别连接至两个压敏电阻两端的电感线圈。由此，实现简洁的滤波电路且成本较低。

变压器122包括两个输入端及两个输出端，变压器122的两个输入端分别连接至所述逆变模块121的两个输出端，变压器122的两个输入出端分别连接至输出电路模块123的两个输出端，由此，输出电路模块123通过所述变压器122连接至所述逆变模块121的输出端。变压器122用于对所述第一电流信号和第二电流信号进行降压。

输出整流电路模块124包括两个输入端及两个输出端，输出整流电路模块124的两个输入端连接至变压器122的两个输出端，输出整流电路模块124的两个输出端连接至输出电路模块123的两个输出端，由此，所述输出电路模块123的一端通过所述输出整流电路模块124连接至所述变压器122。输出整流电路模块124对降压后的第一电流信号和第二电流信号执行整流操作。在一些具体实现中，输出整流电路模块124包括相互并联的多个二极管，以实现整流功能。

引导弧开关模块130包括并联的引导弧开关元件Q5及功率电阻R110。功率电阻R110并联在引导弧开关元件Q5的第一极和第二极。引导弧开关元件Q5在一些具体实现中可以是绝缘栅双极型晶体管，以起到节能、安装维修方便、散热稳定等作用。所述引导弧开关模块130的一端连接至所述引导弧电极192的另一端。所述引导弧开关模块130的另一端连接至所述引导弧检测模块140的一端。在一些具体实现中，还可以在引导弧开关元件Q5的第一极和第二极并联电容和电阻(该电容和该电阻串联)以起到实现滤波的作用，从而使得电路更加稳定。在另一些具体实现中，还可以在引导弧开关元件Q5的控制极和第一极并联电阻，同时在引导弧开关元件Q5的控制极和第一极并联两个正极相连的稳压二极管，由此，可以进一步实现滤波的作用，从而使得电路更加稳定。上述两个实现可以防止引导弧开关元件Q5断开(引导弧工作状态切换为主弧工作状态)时电流突变。

引导弧检测模块140的一端连接至所述引导弧开关模块130的另一端，所述引导弧检测模块140的另一端连接至所述主电路模块120。在本实施例中，所述引导弧检测模块140的另一端连接至所述输出整流电路模块124的一输出端和所述输出电路模块123的一输入端。引导弧检测模块140在一些具体实现中，可以是一霍尔传感器。

控制模块150用于根据流经所述引导弧检测模块140的电流判断所述等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态，并根据所判断的工作状态，控制所述主电路模块120的电流输出及所述引导弧开关元件Q5的导通和断开。在所述引导弧开关元件Q5断开时，所述主电路模块120经由所述功率电阻R110与所述引导弧电极192导通；在所述引导弧开关元件Q5导通时，所述功率电阻R110短接，所述主电路模块120经由所述引导弧开关元件Q5与所述引导弧电极192导通。由此，可以防止控制信号传输延迟，导致在主弧工作状态向引导弧工作状态切换时，产生掉电断弧的现象。同时，还可以防止功率电阻R110对引导弧工作状态的工作电流的影响。进一步地，在所述控制模块150指示所述引导弧开关元件Q5的导通之后，所述引导弧开关元件Q5导通之前(即主弧工作状态切换到引导弧工作状态的过程中)，流经所述功率电阻的电流已增大至所述引导弧的工作电流。也就是说，主弧工作状态切换到引导弧工作状态的过程中，由于，引导弧开关元件Q5仍断开，所述主电路模块120不能经由所述引导弧开关元件Q5与所述引导弧电极192导通时，所述主电路模块120经由所述功率电阻R110与所述引导弧电极192导通，且流经所述功率电阻R110的电流与流经所述引导弧检测模块140的电流相同，大于预定的引导弧电流识别电流值，从而使得引导弧电极192可以工作。在一些具体实现中，控制模块150还可以包括脉冲调制模块151。脉冲调制模块151用于向所述逆变模块121输出脉冲信号以作为所述控制信号。脉冲调制模块151在等离子切割机切割时，始终工作。

在一些具体实施例中，等离子切割机控制电路还可以限流电阻160，所述限流电阻160的一端连接至所述引导弧开关模块130的另一端，所述限流电阻160的另一端连接至所述引导弧电极192的另一端。限流电阻160可以实现对引导弧开关模块130的引导弧开关元件Q5的保护。

在一些具体实施例中，等离子切割机控制电路还可以包括输出检测模块170，输出检测模块170的一端连接至逆变模块121的一输出端，输出检测模块170的另一端连接至变压器122的一输入端。由此，输出检测模块170可以对逆变模块121输出的第一电流信号和第二电流信号进行采样，并反馈到控制模块150，以供控制模块150调整脉冲调制模块151的脉冲信号。

根据本发明的又一方面，还提供一种等离子切割机控制方法，参见图2。图2为本发明一实施例的等离子切割机控制方法的流程图。本发明提供的等离子切割机控制方法应用在图1所示的等离子切割机控制电路中。图2共示出2个步骤：

步骤S210：根据流经所述引导弧检测模块的电流判断所述等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态；

步骤S220：根据所判断的工作状态，控制所述主电路模块的电流输出及所述引导弧开关元件的导通和断开，其中，在所述引导弧开关元件断开时，所述主电路模块经由所述功率电阻与所述引导弧电极导通；在所述引导弧开关元件导通时，所述功率电阻短接，所述主电路模块经由所述引导弧开关元件与所述引导弧电极导通。

上述步骤S210的具体实现可以参见图3，图3为本发明一实施例的等离子切割机控制方法中判断工作状态的流程图。图3共示出步骤S210的3个步骤：

步骤S211：判断流经所述引导弧检测模块的电流是否大于等于引导弧电流识别电流值；

若步骤S211判断为是，则执行步骤S212确定所述等离子切割机进入引导弧工作状态。控制模块控制脉冲调制模块调整脉冲信号，将脉冲信号提供给逆变模块，并由逆变模块输出引导弧工作状态下的电流信号。同时，控制模块向引导弧开关元件发送导通信号，使引导弧开关元件导通，从而使得引导弧电极与主电路模块形成通路。

若步骤S211判断为否，则执行步骤S213确定所述等离子切割机进入主弧工作状态。控制模块控制脉冲调制模块调整脉冲信号，将脉冲信号提供给逆变模块，并由逆变模块输出主弧工作状态下的电流信号。同时，控制模块向主弧开关元件发送断开信号，使引导弧开关元件断开，从而使得引导弧电极与主电路模块断开。

在本发明的一些具体实现中，当初始打开等离子切割机的割枪开关，默认等离子切割机处于引导弧工作状态。

本发明提供的等离子切割机控制电路及控制方法相比现有技术具有如下优势：

控制模块根据引导弧检测模块的反馈控制主电路模块及引导弧开关模块实现主弧和引导弧的切换，同时，在所述引导弧开关元件断开时，所述主电路模块经由所述功率电阻与所述引导弧电极导通；在所述引导弧开关元件导通时，所述功率电阻短接，所述主电路模块经由所述引导弧开关元件与所述引导弧电极导通，以防止由于控制信号传输延迟，导致切换过程中掉电断弧，从而减少起弧次数，提升切割效率，增加切割精度并减少设备的能耗。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种等离子切割机控制电路，用于控制主弧及引导弧，其特征在于，包括：

主电路模块，包括分别连接至主弧电极两端的第一输出端和第二输出端，所述第一输出端还连接至引导弧电极的一端；

引导弧开关模块，所述引导弧开关模块包括并联的引导弧开关元件及功率电阻，所述引导弧开关模块的一端连接至所述引导弧电极的另一端；

引导弧检测模块，所述引导弧检测模块的一端连接至所述引导弧开关模块的另一端，所述引导弧检测模块的另一端连接至所述主电路模块；

控制模块，用于根据流经所述引导弧检测模块的电流判断所述等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态，并根据所判断的工作状态，控制所述主电路模块的电流输出及所述引导弧开关元件的导通和断开，其中，在所述引导弧开关元件断开时，所述主电路模块经由所述功率电阻与所述引导弧电极导通；在所述引导弧开关元件导通时，所述功率电阻短接，所述主电路模块经由所述引导弧开关元件与所述引导弧电极导通。

2.根据权利要求1所述的等离子切割机控制电路，其特征在于，在所述控制模块指示所述引导弧开关元件的导通之后，所述引导弧开关元件导通之前，流经所述功率电阻的电流已增大至所述引导弧的工作电流。

3.根据权利要求1所述的等离子切割机控制电路，其特征在于，所述主电路模块包括：

逆变模块，所述逆变模块接收所述控制模块输出的控制信号，所述控制信号控制所述逆变模块输出主弧工作状态下的第一电流信号或引导弧工作状态下的第二电流信号；

输出电路模块，所述输出电路模块的一端连接至所述逆变模块的输出端以接收所述第一电流信号或第二电流信号，所述输出电路模块的另一端连接至所述第一输出端和第二输出端。

4.根据权利要求3所述的等离子切割机控制电路，其特征在于，所述主电路模块还包括：

变压器，所述输出电路模块的一端通过所述变压器连接至至所述逆变模块的输出端；

输出整流电路模块，所述输出电路模块的一端通过所述输出整流电路模块连接至所述变压器，所述引导弧检测模块的另一端连接至输出整流电路模块的输出端。

5.根据权利要求3所述的等离子切割机控制电路，其特征在于，所述控制模块还包括：

脉冲调制模块，用于向所述逆变模块输出脉冲信号以作为所述控制信号。

6.根据权利要求1至5任一项所述的等离子切割机控制电路，其特征在于，还包括：

限流电阻，所述限流电阻的一端连接至所述引导弧开关模块的另一端，所述限流电阻的另一端连接至所述引导弧电极的另一端。

7.根据权利要求1至5任一项所述的等离子切割机控制电路，其特征在于，所述引导弧开关元件为绝缘栅双极型晶体管。

8.根据权利要求1至5任一项所述的等离子切割机控制电路，其特征在于，所述引导弧检测模块为霍尔传感器。

9.一种等离子切割机控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8任一项所述的等离子切割机控制电路，所述等离子切割机控制方法包括：

根据流经所述引导弧检测模块的电流判断所述等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态，并根据所判断的工作状态，控制所述主电路模块的电流输出及所述引导弧开关元件的导通和断开，其中，在所述引导弧开关元件断开时，所述主电路模块经由所述功率电阻与所述引导弧电极导通；在所述引导弧开关元件导通时，所述功率电阻短接，所述主电路模块经由所述引导弧开关元件与所述引导弧电极导通。

10.如权利要求9所述的等离子切割机控制方法，根据流经所述引导弧检测模块的电流判断所述等离子切割机进入主弧工作状态或引导弧工作状态包括：

判断流经所述引导弧检测模块的电流是否大于等于引导弧电流识别电流值；

若是，则确定所述等离子切割机进入引导弧工作状态；

若否，则确定所述等离子切割机进入主弧工作状态。