CN110883411A - 检测等离子切割机转移弧电流的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，包含：转移弧控制电路，用于控制转移弧电流；电流给定电路，与转移弧控制电路相连，用于提供转移弧控制电路控制的基准电压信号；电流反馈电路，与电流给定电路相连后，与转移弧控制电路相连，用于与电流给定电路共同提供转移弧控制电路控制的比较信号；第一电流互感器，设置在主变压器的二次侧，与电流反馈电路相连；第二电流互感器，设置在等离子切割机的转移弧支路上。本发明通过精巧的电路设计，实现了电流互感器代替霍尔传感器来检测转移弧电流，成本只有霍尔电流传感器的1/10，而体积也缩小了近5倍，实现了等离子切割机小型化，具有显著的经济效益。

Description

检测等离子切割机转移弧电流的控制电路

技术领域

本发明涉及等离子切割机控制电路，特别涉及一种检测等离子切割机转移弧电流的控制电路。

背景技术

现有技术中，在等离子切割机行业中，对于带有转移弧的等离子切割机，其通常的做法都是在输出的接地电缆线上套入一块霍尔电流传感器，用来检测转移弧的电流信号，从而控制转移弧的功率开关来实现转移弧电流的通断。虽然电流霍尔传感器有电流采样简单，有电磁隔离的功能等优点，但是霍尔电流传感器价格高昂，体积偏大，经济效益不高，也无法实现产品小型化。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，用于带有转移弧的等离子切割机，等离子切割机的电源采用可调逆变电源电路，可调逆变电源电路通过主变压器和整流电路，为等离子切割机的电极支路以及转移弧支路提供电源，转移弧支路通过绝缘栅双极型晶体管控制开关，包含：

转移弧控制电路，转移弧控制电路用于控制转移弧电流，以切换等离子切割机的正常切割和转移弧维弧状态；

电流给定电路，电流给定电路与转移弧控制电路相连，用于提供转移弧控制电路控制的基准电压信号；

电流反馈电路，电流反馈电路与电流给定电路相连后，与转移弧控制电路相连，用于与电流给定电路共同提供转移弧控制电路控制的比较信号；

第一电流互感器，第一电流互感器设置在主变压器的二次侧，用于采集主变压器的初级电流，第一电流互感器与电流反馈电路相连；

第二电流互感器，第二电流互感器设置在等离子切割机的转移弧支路上，用于采集转移弧信号。

进一步，转移弧控制电路包含：

接地电阻，接地电阻的一端接地，另一端与第二电流互感器相连，用于将第二电流互感器采集的电流信号转化为电压信号；

滤波支路，滤波支路由串联的电阻电容组成，滤波电路的输入端与接地电阻以及第二电流互感器相连，滤波电路的输出端为串联的电阻电容的中点；

钳位支路，钳位支路包含并联并相互反接的钳位二极管，钳位支路的输入端与滤波支路的输出端相连；

第二运算放大器，第二运算放大器的反向输入端与钳位支路的输出端相连，第二运算放大器的输出端与转移弧支路的绝缘栅双极型晶体管相连；

比较器，比较器的输入端与电流给定电路和电流反馈电路相连，用于比较电流给定电路和电流反馈电路输出的电流，比较器的输出端与第二运算放大器的同向输入端相连。

进一步，转移弧控制电路还包含与第二运算放大器的同向输入端相连的自锁支路，自锁支路包含混联的第一自锁电阻、自锁二极管、第二自锁电阻、第三自锁电阻；

第一自锁电阻与自锁二极管串联，自锁二极管的正极与第一自锁电阻相连，自锁二极管的负极与第二运算放大器的输出端相连；

第二自锁电阻与串联的第一自锁电阻与自锁二极管并联；

第三自锁电阻的一端与第二自锁电阻、第一自锁电阻以及第二运算放大器的同向输入端相连，另一端接地。

进一步，电流给定电路包含：第一运算放大器、第一电位器、第二电位器；第一电位器的动触点与第二电位器的动触点分别通过电阻与第一运算放大器的输入端相连，第一电位器和第二电位器分别连接高电平；

第一电位器用于提供并调节等离子切割机的最小工作电流；

第二电位器用于提供并调节等离子切割机的切割状态电流；

第一运算放大器的输出端与比较器的输入端相连，用于将第一电位器和第二电位器输出的电流转化为转移弧控制电路控制的基准电压信号。

进一步，电流给定电路还包含：维弧三极管，维弧三极管的发射极接地，维弧三极管的集电极连接在第一电位器的动触点与第一运算放大器之间，维弧三极管的基极与第二运算放大器的输出端相连，用于钳位第二电位器输出的切割状态电流。

进一步，维弧三极管为NPN三极管。

进一步，第一电位器和第二电位器连接的高电平来自可调逆变电源电路，可调逆变电路通过比例积分比较器与电流反馈电路以及电流给定电路相连，用于控制第一电位器和第二电位器的高电平。

进一步，可调逆变电源电路通过PWM控制电路进行控制。

进一步，电流反馈电路包含：二极管和充电电容，充电电容接地，二极管的输入端与第一电流互感器相连，二极管的输出端分别与充电电容以及通过电阻与转移弧控制电路相连。

根据本发明实施例的检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，通过精巧的电路设计，实现了电流互感器代替霍尔传感器来检测转移弧电流，成本只有霍尔电流传感器的1/10，而体积也缩小了近5倍，实现了等离子切割机小型化，具有显著的经济效益。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为根据本发明实施例检测等离子切割机转移弧电流的控制电路的电路原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。

首先，将结合图1描述根据本发明实施例的检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，用于等离子切割机，应用场景很广。

如图1所示，本发明实施例的检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，用于带有转移弧的等离子切割机，等离子切割机的电源采用可调逆变电源电路，可调逆变电源电路通过主变压器和整流电路，为等离子切割机的电极支路以及转移弧支路提供电源，转移弧支路通过绝缘栅双极型晶体管控制开关，具有：转移弧控制电路CTR、电流给定电路、电流反馈电路、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2。其中，电流反馈电路与电流给定电路相连后，与转移弧控制电路CTR相连，用于与电流给定电路共同提供转移弧控制电路CTR控制的比较信号；第一电流互感器CT1设置在主变压器的二次侧，用于采集主变压器的初级电流，第一电流互感器CT1与电流反馈电路相连；第二电流互感器CT2设置在等离子切割机的转移弧支路上，用于采集转移弧信号。

具体地，如图1所示，转移弧控制电路CTR用于控制转移弧电流，以切换等离子切割机的正常切割和转移弧维弧状态。转移弧控制电路CTR具有：接地电阻R21、滤波支路、钳位支路、第二运算放大器U2C、比较器U3A。

进一步，如图1所示，接地电阻R21的一端接地，另一端与第二电流互感器CT2相连，用于将第二电流互感器CT2采集的转移弧电流信号转化为电压信号；滤波支路由串联的电阻R20和电容C10组成，滤波电路的输入端与接地电阻R21以及第二电流互感器CT2相连，滤波电路的输出端为串联的电阻R20和电容C10的中点；钳位支路包含并联并相互反接的钳位二极管D7、D8，钳位支路的输入端与滤波支路的输出端相连；第二运算放大器U2C的反向输入端与钳位支路的输出端相连，第二运算放大器U2C的输出端与转移弧支路的绝缘栅双极型晶体管T相连；比较器U3A的输入端与电流给定电路和电流反馈电路相连，用于比较电流给定电路和电流反馈电路输出的电流，比较器U3A的输出端与第二运算放大器U2C的同向输入端相连。

进一步，如图1所示，在本实施例中，转移弧控制电路CTR还具有与第二运算放大器U2C的同向输入端相连的自锁支路，由于电流互感器不能采样直流，只能采样交流，因此采样到转移弧电流有变化之后得到的信号只有一瞬间，因此使用自锁支路进行自锁。自锁支路包含混联的第一自锁电阻R23、自锁二极管D9、第二自锁电阻R28、第三自锁电阻R26，其中，第一自锁电阻R23与自锁二极管D9串联，自锁二极管D9的正极与第一自锁电阻R23相连，自锁二极管D9的负极与第二运算放大器U2C的输出端相连；第二自锁电阻R28与串联的第一自锁电阻R23与自锁二极管D9并联；第三自锁电阻R26的一端与第二自锁电阻R28、第一自锁电阻R23以及第二运算放大器U2C的同向输入端相连，另一端接地。

具体地，如图1所示，电流给定电路与转移弧控制电路CTR相连，用于提供转移弧控制电路CTR控制的基准电压信号。

具体地，如图1所示，电流给定电路包含：第一运算放大器U2B、第一电位器VR1、第二电位器VR2；第一电位器VR1的动触点与第二电位器VR2的动触点分别通过电阻与第一运算放大器U2B的输入端相连，第一电位器VR1和第二电位器VR2分别连接高电平，第一电位器VR1用于提供并调节等离子切割机的最小工作电流，第二电位器VR2用于提供并调节等离子切割机的切割状态电流；第一运算放大器U2B的输出端与比较器U3A的输入端相连，用于将第一电位器VR1和第二电位器VR2输出的电流转化为转移弧控制电路CTR控制的基准电压信号。

进一步，如图1所示，电流给定电路还包含：维弧三极管Q2，维弧三极管Q2的发射极接地，维弧三极管Q2的集电极连接在第一电位器VR1的动触点与第一运算放大器U2B之间，维弧三极管Q2的基极与第二运算放大器U2C的输出端相连，利用第二运算放大器U2C的输出信号GD用于钳位第二电位器VR2输出的切割状态电流。在本实施例中，维弧三极管Q2为NPN三极管。

进一步，如图1所示，第一电位器VR1和第二电位器VR2连接的高电平来自可调逆变电源电路，可调逆变电路通过比例积分比较器与电流反馈电路以及电流给定电路相连，用于控制第一电位器VR1和第二电位器VR2的高电平。进一步，在本实施例中，可调逆变电源电路通过PWM控制电路进行控制，即，PWM控制器与第一电流互感器CT1采样得到的电流斜波信号进行比较，从而控制输入PWM驱动波形的占空比，来控制可调逆变电源电路中的逆变电路的开关，从而控制等离子切割机的输入电流大小。

具体地，如图1所示，电流反馈电路包含：二极管D5和充电电容C2，充电电容C2接地，二极管D5的输入端与第一电流互感器CT1相连，二极管D5的输出端分别与充电电容C2以及通过电阻与转移弧控制电路CTR相连。

当工作时，由第一电位器VR1和第二电位器VR2将电压信号接到第一运算放大器U2B的输入端，由第一运算放大器U2B产生给定的电压信号，由第一电流互感器CT1采集主变压器的采样信号，经整流之后，得到CT1信号，经过二极管D5给电容C2充电，得到第一电流互感器CT1的整流信号的包络信号，此信号作为电流反馈信号，第二运算放大器U2C检测到第二电流互感器CT2有电流之后，在输出端产生负压控制信号，关闭转移弧支路的绝缘栅双极型晶体管T，同时经过电阻生成GD信号，释放抑制转移弧电流大小的维弧三极管Q2，等离子切割机进入到正常切割状态。

当要拉断电弧的时候，电流反馈信号就会明显小于电流给定信号，此时比较器U3A的输入端电压会产生电平变化变成负值，此时比较器U3A输出正信号，此信号输入到第二运算放大器U2C的同向输入端，从而又打开了转移弧支路的绝缘栅双极型晶体管T，等离子切割机又进入到了转移弧维弧电流阶段。

以上，参照图1描述了根据本发明实施例的检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，通过精巧的电路设计，实现了电流互感器代替霍尔传感器来检测转移弧电流，成本只有霍尔电流传感器的1/10，而体积也缩小了近5倍，实现了等离子切割机小型化，具有显著的经济效益。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含检测等离子切割机转移弧电流的控制电路”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，用于带有转移弧的等离子切割机，所述等离子切割机的电源采用可调逆变电源电路，所述可调逆变电源电路通过主变压器和整流电路，为所述等离子切割机的电极支路以及转移弧支路提供电源，所述转移弧支路通过绝缘栅双极型晶体管控制开关，其特征在于，包含：

转移弧控制电路，所述转移弧控制电路用于控制转移弧电流，以切换所述等离子切割机的正常切割和转移弧维弧状态；

电流给定电路，所述电流给定电路与所述转移弧控制电路相连，用于提供所述转移弧控制电路控制的基准电压信号；

电流反馈电路，所述电流反馈电路与所述电流给定电路相连后，与与所述转移弧控制电路相连，用于与所述电流给定电路共同提供所述转移弧控制电路控制的比较信号；

第一电流互感器，所述第一电流互感器设置在所述主变压器的二次侧，用于采集所述主变压器的初级电流，所述第一电流互感器与所述电流反馈电路相连；

第二电流互感器，所述第二电流互感器设置在所述等离子切割机的转移弧支路上，用于采集转移弧信号。

2.如权利要求1所述检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，其特征在于，所述转移弧控制电路包含：

接地电阻，所述接地电阻的一端接地，另一端与所述第二电流互感器相连，用于将所述第二电流互感器采集的电流信号转化为电压信号；

滤波支路，所述滤波支路由串联的电阻电容组成，所述滤波电路的输入端与所述接地电阻以及所述第二电流互感器相连，所述滤波电路的输出端为串联的电阻电容的中点；

钳位支路，所述钳位支路包含并联并相互反接的钳位二极管，所述钳位支路的输入端与所述滤波支路的输出端相连；

第二运算放大器，所述第二运算放大器的反向输入端与所述钳位支路的输出端相连，所述第二运算放大器的输出端与所述转移弧支路的绝缘栅双极型晶体管相连；

比较器，所述比较器的输入端与所述电流给定电路和所述电流反馈电路相连，用于比较所述电流给定电路和所述电流反馈电路输出的电流，所述比较器的输出端与所述第二运算放大器的同向输入端相连。

3.如权利要求2所述检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，其特征在于，所述转移弧控制电路还包含与所述第二运算放大器的同向输入端相连的自锁支路，所述自锁支路包含混联的第一自锁电阻、自锁二极管、第二自锁电阻、第三自锁电阻；

所述第一自锁电阻与所述自锁二极管串联，所述自锁二极管的正极与所述第一自锁电阻相连，所述自锁二极管的负极与所述第二运算放大器的输出端相连；

所述第二自锁电阻与串联的第一自锁电阻与所述自锁二极管并联；

所述第三自锁电阻的一端与所述第二自锁电阻、所述第一自锁电阻以及所述第二运算放大器的同向输入端相连，另一端接地。

4.如权利要求2或3所述检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，其特征在于，所述电流给定电路包含：第一运算放大器、第一电位器、第二电位器；所述第一电位器的动触点与所述第二电位器的动触点分别通过电阻与所述第一运算放大器的输入端相连，所述第一电位器和所述第二电位器分别连接高电平；

所述第一电位器用于提供并调节所述等离子切割机的最小工作电流；

所述第二电位器用于提供并调节所述等离子切割机的切割状态电流；

所述第一运算放大器的输出端与所述比较器的输入端相连，用于将所述第一电位器和第二电位器输出的电流转化为所述转移弧控制电路控制的基准电压信号。

5.如权利要求4所述检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，其特征在于，所述电流给定电路还包含：维弧三极管，所述维弧三极管的发射极接地，所述维弧三极管的集电极连接在所述第一电位器的动触点与所述第一运算放大器之间，所述维弧三极管的基极与所述第二运算放大器的输出端相连，用于钳位所述第二电位器输出的切割状态电流。

6.如权利要求5所述检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，其特征在于，所述维弧三极管为NPN三极管。

7.如权利要求4所述检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，其特征在于，所述第一电位器和所述第二电位器连接的高电平来自所述可调逆变电源电路，所述可调逆变电路通过比例积分比较器与所述电流反馈电路以及所述电流给定电路相连，用于控制所述第一电位器和所述第二电位器的高电平。

8.如权利要求7所述检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，其特征在于，所述可调逆变电源电路通过PWM控制电路进行控制。

9.如权利要求1所述检测等离子切割机转移弧电流的控制电路，其特征在于，所述电流反馈电路包含：二极管和充电电容，所述充电电容接地，所述二极管的输入端与所述第一电流互感器相连，所述二极管的输出端分别与充电电容以及通过电阻与所述转移弧控制电路相连。

Images