CN201491363U - 一种新型等离子切割机电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型等离子切割机电源，其包括有顺次连接的整流电路、电容滤波电路、逆变电路、电感滤波电路、输出电路以及与逆变电路连接的隔离驱动电路、与隔离驱动电路连接的控制电路、与输出电路连接的起弧电路。本实用新型目的在于提供一种工作效率高、控制简化、体积小的新型等离子切割机电源。

Description

一种新型等离子切割机电源

[技术领域]

本实用新型涉及一种新型等离子切割机电源。

[背景技术]

焊接行业对等离子电源的要求是功率大，效率高，能耗低，体积小，重量轻，可靠性高，动态响应快，性能灵活，暂载率高，能适应不同的焊接材料和焊接要求，稳定工作范围大以及噪音小，易于实现数字化等要求。

现有的等离子切割机逆变电源的高频变压器一般采用软磁铁氧体材料做磁芯，控制部分一般采用普通集成电路和分立元件为主的模拟硬件电路，驱动电路一般采用专门的混合集成电路芯片，起弧电路一般采用电阻接触后拉弧起弧、他激变压器起弧或通过驱动控制高压变压器次级输出高压击穿空气间隙以实现焊接电路的引导电弧，现有的引弧电路一般只有一个储能谐振电容。

对等离子逆变焊接电源来说，现有的等离子切割机逆变电源存在如下的缺点：

1、目前，在逆变式等离子切割机电源中关键部件高频变压器的问题一直没有改善。适用于逆变电源高频变压器的磁芯材料一般采用铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金等材料和超微晶材料。其中铁氧体磁环制作变压器电源，铁氧体磁环的主要弊病是环的内缘与外缘的磁密度不同，非常容易形成内缘部分饱和的故障，同时由于内环部分磁通密度过高，温度明显增加，在使用时容易出现炸环等故障，同时磁环传递的能量有限，满足不了全功率范围的应用；坡莫合金价格最高，从降低电源产品的成本方面不宜使用。非晶态合金和超微晶材料饱和磁感应强度虽然高，但其铁损也高，且非晶态合金有几个致命的弱点，如：励磁电流过大，容易造成逆变焊接电源的瞬间过载，在使用中非常容易造成变压器饱和，在焊接设备的瞬间启动过程中，以上两个问题基本是致命的，现在人们不得不在电路上采取其他措施进行弥补。

2、在逆变焊接电源中，其控制部分和驱动部分关系着整机性能的优劣和可靠性。传统的普通集成电路和分立元件为主的模拟硬件控制越来越难以适应复杂焊接工艺控制的要求，主要表现在控制电路与主回路的衔接上还有一定的问题，标准的电源控制IC都是面对输出电压的稳定而设计的，焊接电源的本质是一种稳定电流的电源，另外焊接电源的工作状态是气体放电工作，要充分考虑负载的负阻抗效应，这要求在电路设计上进行充分的考虑。现在流行的控制方式是电源由专门的控制IC控制，而反馈部分基本都是采用分离器件进行控制，由于这部分集成度不够高，很难完成各种智能型的控制要求，由于在焊接过程中需要随时根据反馈的电流参数进行主回路的控制，采用智能控制方式是未来发展的趋势，但是在对反馈控制的处理上，普通的低位MCU计算和调整的能力略差，而高端的DSP虽然能够得到比较好的效果，但是增加了系统的成本和复杂性，在应用中受到很大限制。

驱动电路是使焊接电源中功率部件正常工作的核心元件，功率部件能否正常工作，绝大部分是由驱动电路决定的，在焊接电源中，能够满足设计要求，实现确定驱动能力的驱动电路至关重要，一个良好的驱动电路，需要满足驱动能力的要求，并且能够在使用中检测功率电路的缺陷及时进行保护。现有的驱动电路，在设计中成本高，体积大，实现复杂。

由于焊接环境的干扰强度大，使用环境恶劣，为了提升焊接设备的质量和提高焊接效果，探索更好的控制方式势在必行。

3、在传统的逆变焊接设备中，一直被广泛采用的是空气隙放电的方法进行焊接的起弧控制，此法简单可靠，但是不能适应不同的焊接材料和不同的焊接要求，因为起弧电路对焊接工艺的影响非常大，如何能够更好的控制起弧的效果，也是一个需要解决的问题。同时，目前空气等离子切割机电源所需空载电压较高，而切割时的电弧电压仅为空载电压的1/2～1/3，因而存在暂载率低的现象。

[实用新型内容]

本实用新型克服了上述技术的不足，提供了一种工作效率高、控制简化、体积小的新型等离子切割机电源。

本实用新型为解决上述问题，采用如下技术方案：

一种新型等离子切割机电源，其包括有

整流电路，将外界交流电转换成直流电；

电容滤波电路，将直流电进行电容滤波处理；

由IGBT和平板变压器组成的逆变电路，将电容滤波电路输出的直流电转换成低压直流电；

隔离驱动电路，与逆变电路连接；

控制电路，控制隔离驱动电路驱动逆变电路工作；

电感滤波电路，对逆变电路输出的低压直流电进行电感滤波；

输出电路，将经电感滤波电路滤波后的直流电压作为电源输出且向控制电路反馈直流电流；

起弧电路，向输出电路提供起弧能量和起弧脉冲。

所述控制电路为模拟数字集成控制芯片。

所述模拟数字集成控制芯片型号为SG3525。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用平板变压器后，克服了以上传统高频逆变器的诸多不足，同时在热性能、能量密度上都有了新的提升，由于平板变压器将功率分散在整个变压器平面上，不存在以往变压器的核心发热问题，同时可以把平板变压器作为结构部件进行使用，在整体实现中能够带来更多优势。在实际使用中，平板变压器除了作为传统的变压器应用外，还可以在变压器上集成各种其他功能部件(磁集成)，使之适用于目前正在推广的各种高效率拓扑方案，带来整体的高效率。采用平板变压器开发的焊接电源，整体效率最高超过94％，小电流产品甚至可以实现完全无风扇工作，在提升效率节省能源的同时，提升了焊接电源的工作寿命。

2、在减少了体积的同时也简化了实现的难度，控制部分的整体简化，彻底避免了通过控制板带来的干扰，同时智能器件的应用也带来了产品的智能化。驱动电路使用单电源实现，即降低了产品的复杂度，也减少了故障点，使设计更加可靠。

3、智能化的起弧电路设计并完成了可以精确控制的逆变焊机起弧电路，该起弧电路可以通过通信对起弧点火的能量和脉冲进行精密的控制而当系统工作在自动状态时，具有和传统的空气放电起弧电路相同的外部特性。

[附图说明]

图1是本实用新型的结构图。

[具体实施方式]

下面结合附图与本实用新型的实施方式作进一步详细的描述：

参见图1，本实用新型为一种新型等离子切割机电源，其包括有顺次连接的整流电路1、电容滤波电路2、逆变电路3、电感滤波电路6、输出电路7以及与逆变电路3连接的隔离驱动电路4、与隔离驱动电路4连接的控制电路、与输出电路7连接的起弧电路8。

整流电路1将外界交流电转换成直流电；电容滤波电路2将直流电进行电容滤波处理；逆变电路3由IGBT和平板变压器组成，逆变电路3将电容滤波电路2输出的直流电转换成低压直流电，逆变电路3使用多个磁路同时工作，通过对变压器磁路的反复使用，达到降低成本和缩小空间的目的，与现有技术相比较，效率更高，散热效果更好，更能节省材料，降低成本。因此，可以将大大减小等离子切割机的体积和降低切割机的重量；控制电路5控制隔离驱动电路4驱动逆变电路3工作，所述控制电路5为模拟数字集成控制芯片，型号为SG3525，模拟数字集成控制芯片采用了模拟和数字信号混合处理的一种智能化MCU进行焊接控制，将焊接电源的控制部分和焊接电源的功率部分整体集成，功率部分的驱动信号由智能控制的数字部分产生，以往模拟控制的PID算法改由智能控制单元内部的模拟通道实现，可以通过通信实时修改PID算法适应不同的工艺要求，在减少了体积的同时也简化了实现的难度，控制部分的整体简化，彻底避免了通过控制板带来的干扰，同时智能器件的应用也带来了产品的智能化；采用了专门的驱动电路，整体体积减小(已经采用厚膜电路实现)，并且在减少体积的同时，增强了驱动能力，可以实现对焊接电源所使用的几十A到上百A的IGBT的驱动和保护，并且在电源上使用单电源实现，即降低了产品的复杂度，也减少了故障点，使设计更加可靠；电感滤波电路6对逆变电路3输出的低压直流电进行电感滤波；输出电路7将经电感滤波电路6滤波后的直流电压作为电源输出，且向控制电路5反馈直流电流，控制控制电路5的工作脉宽，使得输出满足要求；起弧电路8根据不同的工艺条件和要求向输出电路7提供符合要求的起弧能量和起弧脉冲。

Claims (3)

1.一种新型等离子切割机电源，其特征在于包括有

整流电路(1)，将外界交流电转换成直流电；

电容滤波电路(2)，将直流电进行电容滤波处理；

由IGBT和平板变压器组成的逆变电路(3)，将电容滤波电路(2)输出的直流电转换成低压直流电；

隔离驱动电路(4)，与逆变电路(3)连接；

控制电路(5)，控制隔离驱动电路(4)驱动逆变电路(3)工作；

电感滤波电路(6)，对逆变电路(3)输出的低压直流电进行电感滤波；

输出电路(7)，将经电感滤波电路(6)滤波后的直流电压作为电源输出且向控制电路(5)反馈直流电流；

起弧电路(8)，向输出电路(7)提供起弧能量和起弧脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种新型等离子切割机电源，其特征在于所述控制电路(5)为模拟数字集成控制芯片。

3.根据权利要求2所述的一种新型等离子切割机电源，其特征在于所述模拟数字集成控制芯片型号为SG3525。

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