CN201913371U - 一种具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机包括按照电流流向方向而顺序连接的：输入滤波电路、一次侧整流滤波电路、逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波电路、低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路及主控制板电路，低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路和二次整流滤波电路双向联通；使得该种结构的切割机结构简单体积小，采用这种低能量电弧的引弧维护方式，极大限度的延长割嘴电极和喷嘴的寿命，同时也节约了电能。摒弃传统非接触引弧方式中前导弧和切割电弧自动转移方法，而采用主动的强迫转换方法，极大地提高了前导弧转为切割弧的成功率，也即极大地提高了切割机的引弧成功率，解决了很难和数字化控制系统配套的难题。

Description

一种具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机

技术领域

本实用新型涉及的是逆变焊接/切割领域，尤其是一种具有低能量前导弧电路结构的逆变式等离子切割机。

背景技术

逆变式等离子切割机通常采用接触引弧和非接触引弧两种引弧方式建立电弧而后对金属进行切割的，而非接触引弧方式因引弧时无需喷嘴和工件短路，可以顺利切割有污渍和锈迹的工件、表面覆有绝缘保护膜的金属板以及栅网状金属物品等，所以非接触引弧方式的等离子切割机运用非常广泛。

现有的非接触引弧方式，割枪喷嘴的电极接逆变电源输出负极，工件接输出正极，再在输出正极的基础上引出一个叫做前导弧的电极接到割嘴上。这样的电连接就可以在割嘴不接触工件的情况下，在电极和喷嘴间通过高频引弧先建立一个稳定的电弧（前导弧），等到割嘴和工件距离很近时，电弧从电极和割嘴间自动转移到电极和工件间，完成电弧的引弧稳弧和电弧转移的目的。

但是以上结构的切割机结构有以下缺点：1．目前通用的非接触引弧方式的逆变式等离子切割机的前导弧电流的限制是靠串联在输出正和前导弧之间的大电阻来实现的，这个电阻需要承受上千瓦的功率，经常损坏。

2．当割嘴接近工件时，通常只有少部分电流从电极流向工件，电弧自动从电极和割嘴之间转移到电极和工件之间的这一电弧转换就显得非常不可靠，造成切割时引弧成功率低，操作者很难判断和驾驭，同样也很难和数字化控制系统配套。

3．因为引弧和切割共用一套配气系统，引弧时的压缩气体的压力大小和流量大小都和切割时一样。这使得前导弧电流不能过小，否则极易断弧。为了保证前导弧不断弧，通常只有加大前导弧的电流，而过大的前导弧电流又很容易烧损割嘴电极和喷嘴，使用者因此频繁更换割嘴电极和喷嘴，浪费材料和工时。同时前导弧能量过大，造成了不必要的电能浪费。

发明内容

针对以上问题，本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单体积小、实施成本较低的具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机。

为达到以上目的本实用新型的技术方案：

一种具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，包括按照电流流向方向而顺序连接的：输入滤波电路、一次侧整流滤波电路、逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波电路、低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路及主控制板电路，低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路和二次整流滤波电路双向联通；

其中，所述逆变电路包括：由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件桥接组成的逆变桥，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，连接在第一绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第一阻容吸收电路，连接在第二绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第二阻容吸收电路，连接在第三绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第三阻容吸收电路，连接在第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第四阻容吸收电路。

所述的低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路包括：与所述二次侧整流滤波电路连接的处于无电流常开状态的干簧管继电器，与该干簧管继电器连接的前导弧开关，与该前导弧开关串接的第二电感，分别并联在该第二电感两端的第一限流电阻和第一电容，与第二电感串接的高频变压器，与该高频变压器构成谐振升压电路的高频谐振电容，与谐高频谐振电容连接的第二限流电阻，与第二限流电阻及高频谐振电容连接的行输出变压器，连接在行输出变压器与高频谐振电容间的火花放电器，与该行输出变压器输入端连接的由第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管桥接组成的整流桥，与该整流桥输入端连接的高频开关。

进一步的，所述第一阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，所述第二阻容吸收电路包括串接的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容，第三阻容吸收电路包括串接的第三阻容吸收电阻和第三阻容吸收电容，所述第四阻容吸收电路包括串接的第四阻容吸收电阻和第四阻容吸收电容。

进一步的，所述输入滤波电路包括：电源开关，与该电源开关连接的共模滤波电感，分别连接在该共模滤波电感两端的第一、第二差模滤波电容，分别连接在第一差模滤波电容两端的第一、第二共模滤波电容和分别连接在第二差模滤波电容两端的第三、第四共模滤波电容。

进一步的，所述的一次侧整流滤波电路包括：与所述共模滤波第一电感连接的整流桥，和与该整流桥并联的第一、第二、第三滤波电容，以及与该整流桥并联的泄放电阻。

进一步的，所述的隔离变压电路包括：具有一次侧绕组和二次侧绕组的第一中频变压器，一次侧电流互感器，

所述中频变压器一次侧绕组的一端连接逆变桥的中点，另一端穿过一次侧电流互感器后连接逆变桥的另一个中点；

所述中频变压器二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和二次绕组间绝缘。

进一步的，所述的二次侧整流滤波电路包括：与所述中频变压器二次侧绕组连接的第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管，与该第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管连接的第一滤波电感，串接在第一快恢复整流二极管两端的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，以及串接在第二快恢复整流二极管两端的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容，串接在第三快恢复整流二极管两端的第三阻容吸收电阻和第三阻容吸收电容，以及串接在第四快恢复整流二极管两端的第四阻容吸收电阻和第四阻容吸收电容。

进一步的，所述主控制电路包括按照电流流向方向而顺序连接的：电流反馈、PWM脉宽调制电路、定宽互补脉冲信号电路和隔离驱动电路。

本实用新型通过采用以下结构的逆变电路包括：与所述二次侧整流滤波电路连接的处于无电流常开状态的干簧管继电器，与该干簧管继电器连接的前导弧开关，与该前导弧开关串接的第二电感，分别并联在该第二电感两端的第一限流电阻和第一电容，与第二电感串接的高频变压器，与该高频变压器构成谐振升压电路的高频谐振电容，与谐高频谐振电容连接的第二限流电阻，与第二限流电阻及高频谐振电容连接的行输出变压器，连接在行输出变压器与高频谐振电容间的火花放电器，与该行输出变压器输入端连接的由第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管桥接组成的整流桥，与该整流桥输入端连接的高频开关，使得该种结构的切割机结构简单体积小，切割机的前导弧是低能量电弧，割嘴电极只流过极小的维弧电流，喷嘴只喷出极小流量的等离子流，采用这种低能量电弧的引弧维护方式，极大限度的延长割嘴电极和喷嘴的寿命，同时也节约了电能。摒弃传统非接触引弧方式中前导弧和切割电弧自动转移方法，而采用主动的强迫转换方法。极大地提高了前导弧转为切割弧的成功率，也即极大地提高了切割机的引弧成功率，解决了很难和数字化控制系统配套的难题。

附图说明

图1.本实用新型所述具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机的实施例中的电路原理方框图；

图2.本实用新型所述具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机的实施例中的主回路的电路原理图；

图3.本实用新型所述具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机的实施例中的主控板的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行本实施例中详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1至图2，本实用新型具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，包括：输入滤波电路1、一次侧整流滤波电路2、逆变电路3、隔离变压电路4和二次侧整流滤波电路5、低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路6及主控制板电路7，低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路6和二次整流滤波电路5双向联通；

其中，所述逆变电路3包括：由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件Q3、Q4 、Q5、 Q6桥接组成的逆变桥，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件Q3、Q4 、Q5、 Q6的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻 R59、R60、R65、R66，连接在第一绝缘栅场效应电力开关器件Q3两极之间的第一阻容吸收电路，连接在第二绝缘栅场效应电力开关器件Q4两极之间的第二阻容吸收电路，连接在第三绝缘栅场效应电力开关器件Q5两极之间的第三阻容吸收电路，连接在第四绝缘栅场效应电力开关器件Q6两极之间的第四阻容吸收电路；

所述的低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路包括：与所述二次侧整流滤波电路5连接的处于无电流常开状态的干簧管继电器RL1，与该干簧管继电器RL1连接的前导弧开关Q8，与该前导弧开关Q8串接的第二电感L2，分别并联在该第二电感L2两端的第一限流电阻R74和第一电容C59，与第二电感L2串接的高频变压器T7，与该高频变压器T7构成谐振升压电路的高频谐振电容C62，与谐高频谐振电容C62连接的第二限流电阻R76，与第二限流电阻R76及高频谐振电容C62连接的行输出变压器T4，连接在行输出变压器T4与高频谐振电容C62间的火花放电器HH1，与该行输出变压器T4输入端连接的由第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管D34，D35，D36，D37桥接组成的整流桥，与该整流桥输入端连接的高频开关Q7。

进一步的，（对于MOSFET器件为D和S极，对于IGBT器件为C和E极，对于MCT器件为A和K极）所述第一阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻R61和第一阻容吸收电容C50，所述第二阻容吸收电路包括串接的第二阻容吸收电阻R62和第二阻容吸收电容C51，第三阻容吸收电路包括串接的第三阻容吸收电阻R63和第三阻容吸收电容C53，所述第四阻容吸收电路包括串接的第四阻容吸收电阻R64和第四阻容吸收电容C54。

主控制板电路插座A1和A2输出的四路PWM信号分别有序的送到四组绝缘栅场效应电力开关器件Q3，Q4，Q5，Q6栅极上，让其按Q3和Q6；Q4和Q5分别同时导通，而Q3和Q4；Q5和Q6相位相差180o 导通。这样交替导通，就会将直流电压电流逆变成中频交流方波电压电流，该中频交流方波电压电流送至隔离变压器T5的一次侧。

进一步的，所述输入滤波电路1包括：电源开关S1，与该电源开关S1连接的共模滤波电感L3，分别连接在该共模滤波电感L3两端的第一、第二差模滤波电容C42和C45，分别连接在第一差模滤波电容C42两端的第一、第二共模滤波电容C41、C43和分别连接在第二差模滤波电容C45两端的第三、第四共模滤波电容C44、C46。

电网干扰信号通过上述滤波器的滤除，使得本焊割机免受外界电磁干扰，提高稳定性；同样，本焊割机产生的干扰信号会也会被上述滤波器滤除，使得本焊割不会对外界产生电磁干扰，提高其他设备的稳定性。

本具体实施方式中，所述的一次侧整流滤波电路2包括：与所述共模滤波第一电感L3连接的整流桥BR1，和与该整流桥BR1并联的第一、第二、第三滤波电容C48,C49,C52，以及与该整流桥并联的泄放电阻R77。

送入机内的交流电压、电流通过整流桥BR1整流成直流电压、电流，经过电容C48,C49,C52滤波后送半桥软开关逆变电路3，电阻R77是泄放电阻，在关机时泄放掉电容C48,C49,C52里的电荷以保证安全。

本具体实施方式中，所述的隔离变压电路4包括：具有一次侧绕组和二次侧绕组的第一中频变压器T5，一次侧电流互感器T6，

所述中频变压器T5一次侧绕组的一端连接逆变桥的中点，另一端穿过一次侧电流互感器T6后连接逆变桥的另一个中点；

所述中频变压器T5二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和二次绕组间绝缘。

本具体实施方式中，所述的二次侧整流滤波电路5包括：与所述中频变压器T5二次侧绕组连接的第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管D31，D32，D33，D38，与该第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管连接D31，D32，D33，D38的第一滤波电感L1，串接在第一快恢复整流二极管D31两端的第一阻容吸收电阻R67和第一阻容吸收电容C55，以及串接在第二快恢复整流二极管D32两端的第二阻容吸收电阻R68和第二阻容吸收电容C56，串接在第三快恢复整流二极管D33两端的第三阻容吸收电阻R70和第三阻容吸收电容C57，以及串接在第四快恢复整流二极管D38两端的第四阻容吸收电阻R71和第四阻容吸收电容C58。

本具体实施方式中，所述主控制电路7包括按照电流流向方向而顺序连接的：电流反馈、PWM脉宽调制电路、定宽互补脉冲信号电路和隔离驱动电路。具体电路结构描述如下：参见图3

变压器T3（图2所示）次级双27V绕组通过插座A10引进主控制板，通过整流二极管D11，D12，D14，D15整流后C27，C28滤波，再经过三端稳压集成电路U10(LM7824)，U11(LM7815)，U12(LM7805)和U13(LM7915)稳压。分别输出+24V，+15V，+5V，-15V直流稳定电压，这组直流稳定电压为主控制板电流反馈和PWM调制以及数字电流表供电。

从变压器T3（图2所示）次级两组相互隔离的16V绕组通过插座A12引进主控制板，一组通过整流二极管D20，D21，D22，D23整流后C36滤波，再经过三端稳压集成电路U14(LM7815)稳压得到+15V直流稳定电压，为低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路中的前导弧的控制电路供电。另一组通过整流二极管D24，D25，D26，D27整流后C38滤波，再经过三端稳压集成电路U15(LM7815)稳压得到+15V直流稳定电压，为低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路中的高频开关的控制电路供电。

由集成电路U9，U8B和晶体三极管Q1和定时电容C35，定时电阻R47组成压缩气体滞后关断电路，其中定时电容C35和定时电阻R47的乘积决定定时时间的长短。

由集成电路U8A，集成电路U3E及电阻R52，R51电容C24，C26，开关二极管D28和D29组成2T/4T电路。

由集成电路U7B，U7C，切割电流调节电位器RT4（参见图2），RT3，引弧电流调节电位器RT2，集成电路U2D，电阻R36，R37，R58，电位器RT1等组成电流给定电路，电阻R37，R58和集成电路U2D组成反相器；C11和R35组成电流反馈电路。集成电路U2C和电阻R32，R43，R42，R41二极管D13，ZD1，电容C20，C2等组成误差放大器。

集成电路U1，U2A和U2B组成了电流型PWM电路，其中，集成电路U2A及其周围元件组成欠压保护电路，集成电路U2B及其周围电路组成斜波补偿电路，快恢复二极管D5，D6，D7，D8和采样电阻R30以及高频滤波电容C19等组成逆变电路一次侧中频交流电流波形采样﹑整流﹑高频滤波电路。

MOSFET管M1，M2，M3，M4和其对应的驱动电阻R11，R10，R12，R9，脉冲变压器T1，T2组成脉冲放大和隔离电路，由快恢复二极管D2，D3，D4，D9；电容C10，C9，C22，C21；电阻R13，R14，R15，R16，R17，R18，R33，R34等组成驱动脉冲上升沿下降沿整形处理电路。

由集成电路U4，U5，U6，U3C，U3A，U7A，MOS管M5，M6和周围电路组成低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路。其中：由集成电路U5和电阻R19，电容C13，C12和二极管D39组成低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路的方波发生器。特别地：集成电路U7A和MOS管M5，M6以及电阻R50，R55，R56，R57等组成低压力低流量和高压力高流量配气气阀转换系统电路。

由电阻R38，R39和电容C25以及和插座A9相接的数字电压表DGM1（参见图2）组成切割电流显示电路。

由集成电路U8B和电容C34，电阻R40组成气阀的开机封锁电路，以保证开机非稳态时，封锁气阀开通电路，保证气阀不出现误开通的现象。

2T/4T开关S2掷2T时，按下切割枪开关AN1（参见图2），集成电路U3E的3脚立即变底，其4脚会变高，通过二极管D29和插座A11外接转换开关S2（参见图2）使得A点呈高电位，切割机开始正常工作。当松开割枪开关AN1（参见图2）时，集成电路U3E的3脚立即变高，其4脚会变底，通过二极管D29和插座A11外接转换开关S2（参见图2）使得A点呈底电位，切割机停止工作。

2T/4T开关S2掷4T时，按下切割枪开关AN1（参见图2），集成电路U3E的3脚立即变低，其4脚会变高，这个变高的信号的上升沿触发集成电路U9构成的D触发器，使得集成电路1脚输出高电位信号，通过二极管D28和插座A11外接转换开关S2（参见图2）使得A点呈高电位，切割机正常工作。松开切割枪开关时，集成电路U3E的3脚立即变高，其4脚会变低，由于集成电路U9构成的D触发器不响应下降沿，故集成电路1脚输出仍为高电位信号，通过二极管D28和插座A11外接转换开关S2（参见图2）使得A点仍然呈高电位，切割机仍正常工作。当再次按下切割枪开关AN1时，集成电路U3E的3脚立即变低，其4脚会变高，这个变高的信号的上升沿触发集成电路U9构成的D触发器，使得集成电路1脚输出低电位信号，通过二极管D28和插座A11外接转换开关S2（参见图2）使得A点呈低电位，切割机停止工作。

C24和R51组成开机置零电路，使得开机暂态过程稳定后，始终保持A点为低电平，避免了开机误动作；电容C26和电阻R52组成按键消抖电路，避免枪开关AN1的误动作。

由RT3和RT4（参见图2）给出的切割电流给定信号和由TR2给出的前导弧电流给定信号最终会经过集成电路U2D反相放大后，变成负的电流给定电压信号。而插座A3外连接的霍尔传感器取到的是正的电流反馈电压信号。电流给定电压信号通过R36和RT1；电流反馈电压信号通过R35后在误差比较点C点进行比较，其结果通过集成电路U2C等组成的PI调节器处理后通过R43，R42等送到U1的5脚。

一次侧逆变电流信号经过快恢复二极管D5，D6，D7，D8整流，经采样电阻R30以及高频滤波电容C19后得到的反应一次测电流大小的直流脉冲电压信号，此信号一路由R8送至U1的16脚，构成过流保护电路。当一次侧逆变电流异常增大时，U1的16脚会得到一个较高电压，U1内部立即封锁脉冲信号，使电源停止输出。另一路经R28送到U1的4脚，同时U2B将U1的8脚的锯齿波信号射随后通过R24，R25，C16，C15组成的阻容网络后，也送到U1的4脚，作为斜波补偿信号。通过斜波补偿后的脉冲电压信号与U1的5脚送来的误差信号在U1内部进行比较，得到PWM信号，通过死区形成，分频锁相后从U1的14脚和11脚输出相位相差1800，且具有一定死区时间的PWM信号。

当按动切割枪开欲进行切割工作时，A点都会变成高电位。通过R48使得晶体三极管Q1导通，集成电路U9的2脚和6脚的电位变低，其3脚会变高，最终打开气阀使压缩气体通入枪头，可以正常引弧和切割。当按动切割枪开欲停止工作时，A点都会变成低电位。通过R48使得晶体三极管Q1截止，集成电路U9的2脚和6脚的电位会因限流电阻R47对定时电容C35的充电而逐渐升高，当该电位升至10V时，其3脚会翻转变低，最终关断气阀使得压缩气体停止输出。这就达到了滞后断气的目的，电阻R47和电容C35的值的乘积的大小，决定滞后断气时间的长短。

压缩气体气压过低切割会变困难，切割枪嘴也会快速烧损。因此，设计有气压过低保护电路：由和插座A5连接的压力继电器PS1（参见图2），电阻R22和二极管D19组成供气气压过低保护电路。供气气压正常时，压力继电器PS1是闭合的，D19反偏，A点电位不受影响，可正常切割；当供气气压过低时，压力继电器PS1断开，D19通过电阻R22接地，A点电位变低，切割机不工作，停止输出电流。

电力开关半导体工作时都会产生热损耗，会使半导体自身和其散热器的温度升高，而半导体的工作温度有一定范围，超出范围会损坏半导体器件。因此，设计有超温保护电路，插座A7外接常开温度继电器TS1，当其温度正常时，温度继电器TS1处于断开状态，一旦温度超过设定值，温度继电器TS1就闭合，通过D30，将A点电位拉低致地电位，切割机不工作，停止输出电流。

压力继电器PS1安放在电磁气阀的供气输入端，温度继电器TS1安放在绝缘栅场效应电力开关器件Q2，Q3，Q4，Q5所在的散热器最热处的表面上。

当按动切割枪开欲进行切割工作时，A点都会变成高电位，使得：

1，集成电路U3F的5脚变高，最后使集成电路U3B的10脚电位即D点电位变高。使得二极管D16反偏截止，则 PI调节器的输出电压不会被钳位，切割机处于能输出电流的状态。

2，集成电路U7C的9脚也为高，4脚和3脚导通，使得电流给定电路不再和地短路，引弧电流给定或切割电流给定能通过集成电路U7C的4脚3脚，送到误差比较点，切割机电流给定通道开通。

3，A点电位为高，三极管Q2通过电阻R54得到基极偏置电流而导通，使得D10有了导通流过电流的条件。也就是光耦U4和U6有了导通的条件，也就是具备了高频引弧和前导弧开通的条件。

这时，因为还没有切割电弧电流，插座A6外接的(参见图3)干簧管电流感应继电器RL1处于无电流的常开状态。集成电路U3A的13脚为高，其12脚为低，即B点电位为低，使得集成电路U7B的10脚也为低，其15脚和2脚连接，RT2动点提供的前导弧小电流给定就成唯一的电流给定了；同时，因为集成电路U7A的11脚随B点也为高电位，其14脚和12脚相通，U9输出的打开气阀的高电平信号通过集成电路U7A的14脚12脚和电阻R55后给MOS管M6提供门极电压，使得MOS管M6导通，低压低气流电磁阀VA1导通。这样，就为产生小电流供电，低气压小气流供气的低能量电弧提供了前提条件。也在同时，U3C的8脚为高电位，其输出电流通过一路电阻R21，光耦U6的2脚和3脚，二极管D10以及三极管Q2的集电极和发射极到地，使得集成电路光耦U6导通，在其6，7脚输出高电压，通过插座A4的4，5脚，送去驱动(参见图3) 高频开关Q7，这样，隔离变压器T5的一个副边辅助绕组被接通，电流电压送至行输出变压器T4上进行升压，通过火花放电器HH1击穿放电，高频变压器T7，电容C62谐振升压后送至切割机输出负端，于是电极和切割嘴之间，电极和工件之间就有了上万伏的高频高压；另一路通过电阻R20，光耦U4的2脚和3脚，二极管D10以及三极管Q2的集电极和发射极到地，使得集成电路光耦U4导通，在其6，7脚输出高电压，通过插座A4的1，2脚，送去驱动(参见图3) 前导弧开关Q8，二次侧整流滤波电路5输出正就会通过前导弧开关Q8，电感L2，送到切割枪的切割嘴上。由于上述高频高压的作用和前导弧开关Q8的导通，就会在切割枪的电极和切割嘴上建立一个稳定的低能量电弧，该低能量电弧在不进行切割作业时，将会连续不断一直维持着。

特别指出：切割机在前导弧工作模式下，割嘴电极只流过极小的维弧电流（一般都比切割电流小很多，由电位器RT2调定，大约5A以下），喷嘴只喷出极小流量的等离子体形成一个低能量前导弧，极大限度的延长割嘴电极和喷嘴的寿命，同时也节约了电能。

为了使前导弧顺利转换为切割弧，设置了强制转换电路：通过集成电路U5组成的方波发生器输出端3脚相连的二极管D39的短路分流作用，使得光耦U4输出的前导弧开关驱动信号不再是直流，而是一个低频脉冲（由电容C13和电阻R19的乘积决定频率，一般在10HZ-100HZ）之间，这样这就会在切割枪的电极和切割嘴上建立一个稳定的方波低能量脉冲电弧，这个稳定的方波脉冲低能量电弧同样可以连续保持下去，当切割枪接近工件时，割嘴喷出的等离子体接触工件形成导电通路，由于前导弧是脉动的，当处于脉冲关断时断(参见图3)，切割机电流不能沿着前导弧开关Q8（此时Q8处于关断状态），被迫沿着干簧管电流感应继电器RL1，切割机输出正，工件，等离子弧再回到切割枪的电极。这个电流使得干簧管电流感应继电器RL1从常开变为闭合，于是集成电路U3A的13脚为低，其12脚变高，即B点电位变高：一方面集成电路U7B的10脚也变高，其15脚和1脚连接，电流给定由前导弧的小电流给定转化为切割电流给定；另一方面集成电路U7A的11脚也变高，集成电路U7A的14脚和13脚导通，由集成电路U9的3脚输出的气阀开通信号通过集成电路U7A切换到13脚，通过电阻R50送到MOS管M5的门极，使得MOS管M5导通（M6就从导通变为截止），这样，就使得电磁气阀由原来的VA1导通切换成AV2导通，也即使得流过割嘴的压缩气体由原来的低压小气流切换成高压大气流。从而完成小电流、低气压、低气流量的低能量前导弧到大电流、大气压、大气流量的切割大弧的强迫转换；再者，因B点电位变高，使得U3C的8脚变为低电位，使光耦U6和光耦U4均停止输出，这就同时关断了引弧高频高压和前导弧电流，切割机进入正常切割工作状态。

另外，由电阻R45，R46二极管D17，D18和集成电路U3D组成引弧高频限时电路，以限制高频工作时间，延长火花放电器HH1的寿命，同时也相应减少了高频干扰时间。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，包括按照电流流向方向而顺序连接的：输入滤波电路、一次侧整流滤波电路、逆变电路、隔离变压电路和二次侧整流滤波电路、低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路及主控制板电路，低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路和二次整流滤波电路双向联通；

其特征在于，所述逆变电路包括：由第一、第二、第三、第四绝缘栅场效应电力开关器件桥接组成的逆变桥，与所述第一、第二、第三、第四四只绝缘栅场效应电力开关器件的栅极分别单独串接的第一、第二、第三、第四驱动电阻，连接在第一绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第一阻容吸收电路，连接在第二绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第二阻容吸收电路，连接在第三绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第三阻容吸收电路，连接在第四绝缘栅场效应电力开关器件两极之间的第四阻容吸收电路；

所述的低能电弧引弧、维弧和转弧控制电路包括：与所述二次侧整流滤波电路连接的处于无电流常开状态的干簧管继电器，与该干簧管继电器连接的前导弧开关，与该前导弧开关串接的第二电感，分别并联在该第二电感两端的第一限流电阻和第一电容，与第二电感串接的高频变压器，与该高频变压器构成谐振升压电路的高频谐振电容，与谐高频谐振电容连接的第二限流电阻，与第二限流电阻及高频谐振电容连接的行输出变压器，连接在行输出变压器与高频谐振电容间的火花放电器，与该行输出变压器输入端连接的由第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管桥接组成的整流桥，与该整流桥输入端连接的高频开关。

2.根据权利要求1所述的具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，其特征在于，所述第一阻容吸收电路包括串接的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，所述第二阻容吸收电路包括串接的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容，第三阻容吸收电路包括串接的第三阻容吸收电阻和第三阻容吸收电容，所述第四阻容吸收电路包括串接的第四阻容吸收电阻和第四阻容吸收电容。

3.根据权利要求2所述的具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，其特征在于，所述输入滤波电路包括：电源开关，与该电源开关连接的共模滤波电感，分别连接在该共模滤波电感两端的第一、第二差模滤波电容，分别连接在第一差模滤波电容两端的第一、第二共模滤波电容和分别连接在第二差模滤波电容两端的第三、第四共模滤波电容。

4.根据权利要求3所述的具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，其特征在于，所述的一次侧整流滤波电路包括：与所述共模滤波第一电感连接的整流桥，和与该整流桥并联的第一、第二、第三滤波电容，以及与该整流桥并联的泄放电阻。

5.根据权利要求4所述的具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，其特征在于，所述的隔离变压电路包括：具有一次侧绕组和二次侧绕组的第一中频变压器，一次侧电流互感器，

所述中频变压器一次侧绕组的一端连接逆变桥的中点，另一端穿过一次侧电流互感器后连接逆变桥的另一个中点；

所述中频变压器二次侧绕组与所述二次侧整流滤波电路连接，所述一次侧绕组和二次绕组间绝缘。

6.根据权利要求5所述的具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，其特征在于，所述的二次侧整流滤波电路包括：与所述中频变压器二次侧绕组连接的第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管，与该第一、第二、第三、第四快恢复整流二极管连接的第一滤波电感，串接在第一快恢复整流二极管两端的第一阻容吸收电阻和第一阻容吸收电容，以及串接在第二快恢复整流二极管两端的第二阻容吸收电阻和第二阻容吸收电容，串接在第三快恢复整流二极管两端的第三阻容吸收电阻和第三阻容吸收电容，以及串接在第四快恢复整流二极管两端的第四阻容吸收电阻和第四阻容吸收电容。

7.根据权利要求6所述的具有低能量前导弧的逆变式等离子切割机，其特征在于，所述主控制电路包括按照电流流向方向而顺序连接的：电流反馈、PWM脉宽调制电路、定宽互补脉冲信号电路和隔离驱动电路。

Images