CN205869684U - 等离子切割机引导弧控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种等离子切割机引导弧控制电路，包括主回路模块、引导弧转换模块、引导弧电流检测模块和控制模块，主回路模块包括逆变电路、第一输出端和第二输出端，引导弧转换模块包括引导弧电极和开关管，开关管的输入端与第一输出端连接，开关管的输出端连接引导弧电极，开关管导通后引导弧电极与第二输出端之间行形成引导弧回路，引导弧电流检测模块检测引导弧回路的电流，引导弧电流检测模块的输出端与控制模块的输入端连接，控制模块的第一输出端连接逆变电路，第二输出端连接开关管的控制端，控制模块根据引导弧电流检测模块检测到的电流大小对逆变电路和开关管进行开关控制和/或电流控制。本实用新型具有响应速度快、可靠性高的优点。

Description

等离子切割机引导弧控制电路

技术领域

本实用新型涉及等离子切割机技术领域，特别是涉及一种等离子切割机引导弧控制电路。

背景技术

等离子切割是以高温高速的等离子弧为热源，将被切割的金属局部熔化，并同时用高速气流将已融化的金属吹走而形成狭窄切口的一种过程。等离子切割电弧形式包括非转移型等离子弧、转移型等离子弧和混合型等离子弧。

在转移型等离子弧方式中，传统等离子弧控制电路一般采用多个继电器并联或串联的电路控制方式。采用多个继电器属于机械式控制方式，一方面限制响应速度和寿命，另一方面，因切割机工作电压较高，一般有200～400V之间，长期的使用过程中继电器触点会产生高压拉弧现象，容易导致触点损伤、烧坏，出现接触不良或短路现象，影响等离子切割机的正常使用。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统等离子切割机的等离子弧控制电路存在的响应速度慢、容易出现接触不良或短路现象的问题，提供一种等离子切割机引导弧控制电路。

一种等离子切割机引导弧控制电路，包括：主回路模块、引导弧转换模块、引导弧电流检测模块和控制模块，主回路模块包括逆变电路、第一输出端和第二输出端，引导弧转换模块包括引导弧电极和开关管，开关管包括输入端、输出端和控制端，开关管的输入端与引导弧电极连接，开关管的输出端连接第一输出端，开关管导通后引导弧电极与第二输出端之间行形成引导弧回路，引导弧电流检测模块用以检测引导弧回路的电流，且引导弧电流检测模块的输出端与控制模块的输入端连接，控制模块的第一输出端连接逆变电路，控制模块的第二输出端连接开关管的控制端，控制模块根据引导弧电流检测模块检测到的电流大小对逆变电路和开关管进行开关控制和/或电流控制。

上述等离子切割机引导弧控制电路，通过控制模块控制开关管导通和关闭控制引导弧和切割弧转移，电路结构简单且开关管响应速度快，能够实现引导弧一次成功转移，克服传统等离子弧控制电路响应速度慢的不足。并且，开关管工作性能稳定，能够有效避免高压拉弧现象，保证电路工作稳定，可靠性高，使用寿命长。

在其中一个实施例中，上述等离子切割机引导弧控制电路还包括光电耦合器，光电耦合器的发光源的一端连接第一电源、另一端连接连接控制模块的第二输出端，光电耦合器的受光器的一端连接第二电源，另一端连接连接开关管的控制端；控制模块是通过光电耦合器对开关管进行开关控制。

在其中一个实施例中，引导弧转换模块还包括稳压模块，稳压模块包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，第一稳压二极管的阳极连接开关管的控制端，阴极与第二稳压二极管的阴极连接，第二稳压二极管的阳极连接开关管的输入端。

在其中一个实施例中，开关管为IGBT器件。

在其中一个实施例中，引导弧电流检测模块为霍尔电流传感器。

在其中一个实施例中，控制模块为模拟时序控制电路，模拟时序控制电路在等离子切割枪开关触发时输出第一电流给逆变电路并控制开关管导通，使引导弧电极与主回路模块的第二输出端之间形成引导弧回路产生引导弧电流；当等离子切割枪与工件接触时，引导弧电流减小，当引导弧电流检测模块检测到的引导弧电流小于模拟时序控制电路预先存储的第二电流时，模拟时序控制电路控制开关管关闭，并输出切割电流给逆变电路，实现引导弧与切割弧转移。

在其中一个实施例中，第一电流为10A～18A。

在其中一个实施例中，第二电流为3A～8A。

在其中一个实施例中，主回路模块的第一输出端为输出正极，用于连接工件；主回路模块的第二输出端为输出负极，用于连接等离子切割枪。

在其中一个实施例中，主回路模块还包括：输入整流电路、储能电路、变压器和输出整流电路，输入整流电路、储能电路、逆变电路、变压器和输出整流电路依次连接。

附图说明

图1为一个实施例中等离子切割机引导弧控制电路的电路结构示意图。

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，对本实用新型进行进一步详细说明。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1，一种等离子切割机引导弧控制电路，包括：主回路模块110、引导弧转换模块120、引导弧电流检测模块130、控制模块140。主回路模块110包括逆变电路113、第一输出端116和第二输出端117，引导弧转换模块120包括引导弧电极121和开关管，开关管包括输入端、输出端和控制端，开关管的输入端与引导弧电极121连接，开关管的输出端连接第一输出端116，开关管导通后引导弧电极121与第二输出端117之间行形成引导弧回路，引导弧电流检测模块130用以检测引导弧回路的电流，且引导弧电流检测模块130的输出端与控制模块140的输入端连接，控制模块140的第一输出端连接逆变电路113，控制模块140的第二输出端连接开关管的控制端，控制模块140根据引导弧电流检测模块130检测到的电流大小对逆变电路113和开关管进行开关控制和/或电流控制。

进一步的，等离子切割机引导弧控制电路还包括光电耦合器U₁，光电耦合器U₁的发光源的一端连接第一电源、另一端连接连接控制模块140的第二输出端，光电耦合器U₁的受光器的一端连接第二电源，另一端连接连接开关管的控制端；控制模块140是通过光电耦合器U₁对开关管进行开关控制。本实施例通过光电耦合器U₁将控制模块140与引导弧转换模块120隔离，以进一步减小干扰，提高电路的稳定性和可靠性。

如图1所示，主回路模块110还包括输入整流电路111、储能电路112、变压器114和输出整流电路115，输入整流电路111、储能电路112、逆变电路113、变压器114和输出整流电路115依次连接，第一输出端116和第二输出端117均与输出整流电路115连接，第一输出端116为输出正极，用于连接工件，第二输出端117为输出负极，用于连接等离子切割枪。

具体的，在一个实施例中，开关管为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)器件。如图1所示，引导弧转换模块120包括引导弧电极121和IGBT开关管Q₁，第一电阻R₃、第二电阻R₄和第三电阻R₅。光电耦合器U₁的发光源的第一引脚1通过上拉电阻R₃₁连接第一电源VCC+，第二引脚2连接控制模块140的输出端，光电耦合器U₁的受光器的第四引脚4连接第二电源VCC，第三引脚3连接第三电阻R₅一端，第三电阻R₅另一端接IGBT开关管Q₁的控制端G脚，第二电阻R₄并联到IGBT开关管Q₁的控制端G脚和输入端C脚两端，IGBT开关管Q₁的输出端E脚接第一输出端116，输入端C脚连接第一电阻R₃一端，第一电阻R₃另一端接引导弧电极121。控制模块140根据预设电流参数控制光电耦合器U₁工作以控制IGBT开关管Q₁导通或关闭，进而控制引导弧与主切割弧之间的转移。

在一个实施例中，上述第一电源VCC+为3V～50V，第二电源VCC为12V～20V。

如图1所示，引导弧转换模块120还包括稳压模块，稳压模块包括第一稳压二极管ZD₁和第二稳压二极管ZD₂，第一稳压二极管ZD₁的阳极连接IGBT开关管Q₁的控制端G脚，阴极与第二稳压二极管ZD₂的阴极连接，第二稳压二极管ZD₂的阳极连接IGBT开关管Q₁的输入端C脚。

具体的，引导弧电流检测模块130为霍尔电流传感器HE₂，霍尔电流传感器HE₂用以感测引导弧回路的电流信号U_o，并将引导弧回路的电流信号U_o反馈给控制模块140。

进一步的，控制模块140为模拟时序控制电路，模拟时序控制电路预先存储预设电流参数，并根据预设电流参数控制光电耦合器U1开关以控制IGBT开关管Q₁导通或关闭，实现引导弧与切割弧转移。在等离子切割枪开关触发时输出第一电流给逆变电路113并控制开关管导通，使引导弧电极121与主回路模块110的第二输出端117之间形成引导弧回路产生引导弧电流；当等离子切割枪与工件接触时，引导弧电流减小，当引导弧电流检测模块102检测到的引导弧电流小于模拟时序控制电路预先存储的第二电流时，模拟时序控制电路控制IGBT开关管Q₁关闭，并输出切割电流给逆变电路113，实现引导弧与切割弧转移。

具体的，在一个实施例中，当采用额定工作电流为40A以下的等离子切割枪时，上述的第一电流为10A～18A，第二电流为3A～8A。需要说明的是，实际应用中，具体第一电流及第二电流的取值根据等离子切割枪的型号进行选择，以上第一电流为10A～18A，第二电流为3A～8A只是一个实施例。

上述等离子切割机引导弧控制电路，主回路模块110输入电源电压经输入整流电路111整流滤波得到直流电压，直流电压再经过储能电路112输送给逆变电路113，经过逆变电路113及变压器114变压后再经输出整流电路115整流输出。在等离子切割枪开关触发时，第二输出端116输出正极与引导弧电极形成引导弧回路，回路间产生引导弧电流，再通过霍尔电流传感器HE₂采样到引导弧回路电流信号U_o，并将引导弧回路电流信号U_o反馈给控制模块140，控制模块140通过将电流信号U_o与设定好的电流参数，来控制光电耦合器U₁的第二引脚1，使IGBT开关管Q₁导通或关闭，实现控制引导弧与主切割弧之间的转移。具体的，应用上述等离子切割机引导弧控制电路实现引导弧与主切割弧之间的转移的详细工作过程如下：

在等离子切割枪开关触发时，控制模块140先给定输出第一电路给逆变电路113，然后再控制光电耦合器U₁工作，使IGBT开关管Q₁工作导通，引导弧电极121与第二输出端117输出负极的回路间产生引导弧电流，通过霍尔电流传感器HE₂采样到引导弧回路电流信号U_o反馈给控制模块140，当等离子切割枪与工件接触时，因引导弧回路上有限流的第一电阻R₃进行分流作用，使引导弧回路上的引导弧回路电流减小，当引导弧回路电流减小到控制模块140预先设定的第二电路时，此时，判断为引导弧成功了，控制模块140控制光电耦合器U₁关闭，使IGBT开关管Q₁断开不工作，控制模块140再控制主回路正常切割电流给定，实现控制引导弧与主切割弧之间的转移。

上述等离子切割机引导弧控制电路，通过控制模块控制开关管导通和关闭控制引导弧和切割弧转移，电路结构简单且开关管响应速度快，能够实现引导弧一次成功转移，克服传统等离子弧控制电路响应速度慢的不足。并且，开关管工作性能稳定，能够有效避免高压拉弧现象，保证电路工作稳定，可靠性高，使用寿命长。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种等离子切割机引导弧控制电路，其特征在与，包括：主回路模块、引导弧转换模块、引导弧电流检测模块和控制模块，所述主回路模块包括逆变电路、第一输出端和第二输出端，所述引导弧转换模块包括引导弧电极和开关管，所述开关管包括输入端、输出端和控制端，所述开关管的输入端与所述引导弧电极连接，所述开关管的输出端连接所述第一输出端，所述开关管导通后所述引导弧电极与所述第二输出端之间行形成引导弧回路，所述引导弧电流检测模块用以检测所述引导弧回路的电流，且所述引导弧电流检测模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述控制模块的第一输出端连接所述逆变电路，所述控制模块的第二输出端连接所述开关管的控制端，所述控制模块根据所述引导弧电流检测模块检测到的电流大小对所述逆变电路和开关管进行开关控制和/或电流控制。

2.根据权利要求1所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，还包括光电耦合器，所述光电耦合器的发光源的一端连接第一电源、另一端连接所述控制模块的第二输出端，所述光电耦合器的受光器的一端连接第二电源，另一端连接所述开关管的控制端；所述控制模块是通过所述光电耦合器对所述开关管进行开关控制。

3.根据权利要求1所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，所述引导弧转换模块还包括稳压模块，所述稳压模块包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极连接所述开关管的控制端，阴极与所述第二稳压二极管的阴极连接，所述第二稳压二极管的阳极连接所述开关管的输入端。

4.根据权利要求1所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，所述开关管为IGBT器件。

5.根据权利要求1所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，所述引导弧电流检测模块为霍尔电流传感器。

6.根据权利要求1所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，所述控制模块为模拟时序控制电路，所述模拟时序控制电路在等离子切割枪开关触发时输出第一电流给所述逆变电路并控制所述开关管导通，使所述引导弧电极与所述主回路模块的第二输出端之间形成引导弧回路产生引导弧电流；当等离子切割枪与工件接触时，所述引导弧电流减小，当所述引导弧电流检测模块检测到的引导弧电流小于所述模拟时序控制电路预先存储的第二电流时，所述模拟时序控制电路控制所述开关管关闭，并输出切割电流给所述逆变电路，实现引导弧与切割弧转移。

7.根据权利要求6所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，所述第一电流为10A～18A。

8.根据权利要求6所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，所述第二电流为3A～8A。

9.根据权利要求1所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，所述主回路模块的第一输出端为输出正极，用于连接工件；所述主回路模块的第二输出端为输出负极，用于连接等离子切割枪。

10.根据权利要求1所述的等离子切割机引导弧控制电路，其特征在于，所述主回路模块还包括：输入整流电路、储能电路、变压器和输出整流电路，所述输入整流电路、储能电路、逆变电路、变压器和输出整流电路依次连接。