CN209936099U - 一种单脉冲引弧电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单脉冲引弧电路，涉及数控等离子弧电源的高频引弧技术领域，用以解决现有技术下的数控等离子引弧电路存在抗高频能力差，数控系统容易死机，穿孔高度低和容易损坏等的问题，包括等离子弧电源、脉冲引弧电路、脉冲控制回路、切割枪喷嘴、切割枪电极和电源输出正端，脉冲引弧电路输入端连接外部等离子弧电源，脉冲控制回路从脉冲引弧电路输出端获得高频输入信号，高频输入信号经过高频发生器后感应出高频高压，高频高压分别加至切割枪电极和切割枪喷嘴后产生非转移电弧，非转移电弧接通切割枪电极与电源输出正端点燃工作电弧，本实用新型采用单脉冲引弧电路控制原理，极大地提高了可靠性，大大提高了穿孔高度，降低了成本。

Description

一种单脉冲引弧电路

技术领域

本实用新型涉及数控等离子电源的高频引弧技术领域，更具体的是涉及一种单脉冲引弧电路。

背景技术

数控等离子电源在各方面的要求比普通手工等离子要求高得多，需要可靠、精准的程序控制，数控等离子除了对电源本身的性能要求很高外，对于高频引弧回路的控制也特别重要；否则引弧成功率不高，还会造成数控干扰，影响工作效率。

要达到等离子电源无干扰、可靠成功的引弧，除了高频振荡频率及功率的正确参数、干扰吸收回路外，最重要的有以下三点；

第一:引弧回路控制：引弧成功后切断引弧回路电流，防止喷嘴通过电流损伤。

第二：喷弧后要具有可能出现的干扰抑制措施，提高可靠性。

第三：需要足够的穿孔高度，才能保证大电流穿孔不损伤电极、喷嘴。

现有的数控等离子电源引弧回路方式有：

采用IGBT控制引弧回路、接触器通断控制引弧回路两种为主。这两种引弧方式在引弧的过程中，会有下列四种情况出现：

第一：如果未产生喷弧，则高频继续振荡继续点火，2秒未喷弧则自动停止点火。

第二：如果产生喷弧，则高频停止点火，如果未引弧成功，则喷弧2秒后自动切断回路。

第三：产生喷弧后，工作电弧立即引弧成功，则自动切断高频及引弧回路电流。

第四：产生喷弧后，出现半引弧状态后又断弧，则切断高频及引弧回路后又自动启动接通高频及引弧回路。这种情况发生，造成整个引弧回路出现高频+大电流混合振荡！这是最大的干扰源，特别容易击坏引弧回路的IGBT、弧压调高系统、数控系统或使数控系统死机。

现有的数控等离子引弧电路的缺点：

采用IGBT控制引弧回路方式的：

①IGBT成本高，抗高频能力差，容易被高频击穿损坏。

②电极、喷嘴使用时间长而磨损后，特别容易出现上述引弧中的第四种情况；回路振荡干扰严重，容易损坏IGBT，容易损坏弧压调高系统、数控系统或造成死机等。

③穿孔高度低。因为IGBT控制引弧回路，均采用低气压小电流连续喷弧方式，弧压只有160V 左右，穿孔高度≥8mm时转弧能力差，不好引弧；如果气压偏高则超过10mm很难引弧成功。穿孔高度低的缺陷：大电流穿孔时，因熔渣反弹枪喷嘴容易损伤，影响切割效果及喷嘴寿命。

④也有厂家为了增加引弧高度，在引弧回路串联一个1.2Ω300W左右的电阻，这样既增加电能消耗，又增加成本。

接触器控制引弧回路方式的：

①虽然控制简单，但是触点容易坏，寿命低；机器使用频率高者，经常更换接触器。

②同样具备上述IGBT控制方式的缺陷

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决现有技术下的数控等离子引弧电路存在抗高频能力差，数控系统容易死机，穿孔高度低和容易损坏等的问题，本实用新型提供了一种单脉冲引弧电路，采用单脉冲引弧电路控制原理，极大地提高了可靠性，大大提高了穿孔高度，简化了电路的同时降低了 60％以上的成本。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种单脉冲引弧电路，包括等离子弧电源、脉冲引弧电路、脉冲控制回路、切割枪喷嘴、切割枪电极和电源输出正端，所述脉冲控制回路还包括高频发生器，所述脉冲引弧电路输入端连接外部等离子弧电源，所述脉冲控制回路从脉冲引弧电路输出端获得分压后的高频输入信号，所述高频输入信号经过高频发生器后感应出高频高压，所述高频高压分别加至切割枪电极和切割枪喷嘴后产生非转移电弧，所述非转移电弧接通切割枪电极与电源输出正端点燃工作电弧。

进一步的，所述脉冲引弧电路包括电阻R1～R2、电容C1～C4，所述电阻R1和电容C1并联在电容C2两端，所述电容C3并联在等离子弧电源两端，所述电阻R2与电容C4的串联支路并联在电容C3两端。

进一步的，所述脉冲控制回路包括电流传感器、电阻R3～R12、电容C5～C8、运算放大器 V1～V2、光耦V3、MOS管Q1、高频发生器和高频感应变压器；

所述电阻R3和电阻R4串联后并联在电容C3两端，所述电阻R3和电阻R4相连的一端连接 MOS管Q1的漏极，所述MOS管Q1的源极分别连接高频发生器的一端、电容C7的一端、电阻 R12的一端和光耦V3的3脚，所述光耦的3脚接B地线，所述电容C8并联在MOS管Q1的源极和漏极两端，所述MOS管Q1的栅极分别连接电容C7的另一端、电阻R12的另一端、电阻R11 的一端和光耦V3的4脚，所述电阻R11的另一端接B15V电源，所述光耦V3的1脚串联电阻R8 后分别连接运算放大器V1的输出端和运算放大器V2的正向输入端，所述运算放大器V1的反向输入端分别连接运算放大器V2的反向输入端、电阻R5的一端和电阻R6的一端、所述电阻R5的另一端接A15V电源，所述电容C5并联在电阻R6两端，所述电阻R6的另一端分别连接A地线和光耦V3的2脚，所述运算放大器V2外接A±15V电源，所述运算放大器V2的输出端串联电阻R9后分别连接电阻R10的一端、电阻R7的一端和运算放大器V1的正向输入端，所述电阻R10的另一端接A地线，所述电容C6并联在电阻R10的两端，所述电阻R7的另一端连接电流传感器感应输出端，所述电流传感器外接A±15V电源和A地线，所述等离子弧电源的正极穿过电流传感器的中心孔作为电流传感器的感应输入端，所述穿过电流传感器中心孔的等离子弧电源正极还连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接切割枪喷嘴，所述高频发生器的另一端连接到等离子弧电源的负极，所述高频发生器还连接有高频感应变压器，所述高频感应变压器的一端连接等离子弧电源的负极，所述高频感应变压器的另一端连接切割枪电极。

进一步的，所述等离子弧电源输出260V以上的电压信号。

进一步的，所述MOS管Q1为N沟道MOSFET。

进一步的，所述等离子弧电源由外部三相空气开关控制。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型无高频干扰，引弧回路器件几乎不坏，极大地提高了可靠性。

2、本实用新型因单脉冲高峰值，脉宽特别窄喷弧后，喷弧弧压仍然接近输出空载电压，转弧高度大幅度提高，使穿孔高度轻松达到16mm以上，这是国内同类产品中达到的最大高度并且达到100％的引弧成功率。

3、本实用新型解决了现有技术中存在半引燃重复引弧、造成电流与高频的混合振荡干扰，避免了击坏引弧回路器件、弧压调高系统、数控系统或使数控系统死机。

4、本实用新型可以将电流传感器拆卸，则可以实现多脉冲引弧方式，对于手工切割电源、等离子焚烧电源等非常实用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型电路原理图。

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，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例1：

一种单脉冲引弧电路，包括等离子弧电源、脉冲引弧电路、脉冲控制回路、切割枪喷嘴、切割枪电极和电源输出正端，所述脉冲控制回路还包括高频发生器，所述脉冲引弧电路输入端连接外部等离子弧电源，所述脉冲控制回路从脉冲引弧电路输出端获得分压后的高频输入信号，所述高频输入信号经过高频发生器后感应出高频高压，所述高频高压分别加至切割枪电极和切割枪喷嘴后产生非转移电弧，所述非转移电弧接通切割枪电极与电源输出正端点燃工作电弧(转移电弧)。

作为一种优选的实施方式，所述脉冲引弧电路包括电阻R1～R2、电容C1～C4，所述电阻R1 和电容C1并联在电容C2两端，所述电容C3并联在等离子弧电源两端，所述电阻R2与电容C4 的串联支路并联在电容C3两端。

作为一种优选的实施方式，所述脉冲控制回路包括电流传感器、电阻R3～R12、电容C5～C8、运算放大器V1～V2、光耦V3、MOS管Q1、高频发生器和高频感应变压器；

所述电阻R3和电阻R4串联后并联在电容C3两端，所述电阻R3和电阻R4相连的一端连接 MOS管Q1的漏极，所述MOS管Q1的源极分别连接高频发生器的一端、电容C7的一端、电阻 R12的一端和光耦V3的3脚，所述光耦的3脚接B地线，所述电容C8并联在MOS管Q1的源极和漏极两端，所述MOS管Q1的栅极分别连接电容C7的另一端、电阻R12的另一端、电阻R11 的一端和光耦V3的4脚，所述电阻R11的另一端接B15V电源，所述光耦V3的1脚串联电阻R8 后分别连接运算放大器V1的输出端和运算放大器V2的正向输入端，所述运算放大器V1的反向输入端分别连接运算放大器V2的反向输入端、电阻R5的一端和电阻R6的一端、所述电阻R5的另一端接A15V电源，所述电容C5并联在电阻R6两端，所述电阻R6的另一端分别连接A地线和光耦V3的2脚，所述运算放大器V2外接A±15V电源，所述运算放大器V2的输出端串联电阻R9后分别连接电阻R10的一端、电阻R7的一端和运算放大器V1的正向输入端，所述电阻R10的另一端接A地线，所述电容C6并联在电阻R10的两端，所述电阻R7的另一端连接电流传感器感应输出端，所述电流传感器外接A±15V电源和A地线，所述等离子弧电源的正极穿过电流传感器的中心孔作为电流传感器的感应输入端，所述穿过电流传感器中心孔的等离子弧电源输出正端连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接切割枪喷嘴，所述高频发生器的另一端连接到等离子弧电源的负极，所述高频发生器还连接有高频感应变压器，所述高频感应变压器的一端连接等离子弧电源的负极，所述高频感应变压器的另一端连接切割枪电极。

作为一种优选的实施方式，所述等离子弧电源输出260V以上的电压信号。

作为一种优选的实施方式，所述MOS管Q1为N沟道MOSFET(或其他开关管)。

作为一种优选的实施方式，所述等离子弧电源由外部三刀三掷开关控制。

电路工作原理描述：数控启动工作时→等离子电源输出260V以上电压信号→此时R2对C4 充电，同时高频输入信号的正端212从R3，R4分压获得→经过Q1接通高频发生器→高频振荡信号加到高频感应变压器的原边N1→则N2感应出高频高压，其中一端加到等离子切割枪的电极，另一端经过C3、C2、C1回路加到切割枪喷嘴即引弧端→此时高频击穿切割枪电极与喷嘴之间的间隙→输出正端及储能电容C4通过R2对C1、C2充电，在电极与喷嘴间产生引导电弧→引导电弧接通切割枪电极与电源输出正端(+)→点燃工作电弧→引弧成功。

单脉冲的实现过程：开机后数控启动工作前：因为V1的9脚电压＞10脚电压，所以V1，V2 输出为‘0’，V3截止不通，则B15V直接使Q1导通即212与213是接通的；当数控系统启动后，高频发生器开始工作产生引导电弧，引导电弧经过电流传感器，传感器立即输出电压信号V0通过 R7接通V1的10脚，此时V1的10脚电压＞9脚电压，则V1,V2输出均为高电压+15V；此时8脚高电压经过R8使V3导通，Q1截止切断高频输入信号，与此同时V2的14脚+15V电压经过R9,R10 分压后直接接到V1的10脚实现V1自锁,确保V1至始至终输出为高电平，Q1永远截止不通，即引弧回路的C1、C2只有一次高频击穿电极、喷嘴的微分充电过程。当C1、C2充电形成引导弧使引弧成功后，输出弧压为一百多伏的较恒定的工作电压，C1因容量小、充电快，立即实现隔直作用，引弧回路无电流通过。(注：因为弧压调高的作用，工作弧压几乎恒定不变；R1电阻值较大仅作为停机后起放电作用)。

因为C4储能的特殊作用，确保对C1、C2充电时引弧脉冲峰值，C1、C2决定很窄的微分脉宽能量，所以引弧的瞬间输出电压仍然接近电源的空载电压即260伏以上，则轻松实现16mm以上转弧、成功穿孔的能力。经过上百台机器试验，引弧成功率实现100％引弧，而且反复上万次引弧过程中对于电极、喷嘴均无伤害。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础之上进一步优化，具体是：

将电流传感器去掉，即不用脉冲控制回路，则MOS管Q1永远导通(相当于将212与213永远短路)，即可获得多脉冲引弧方式(只有引弧成功后高频自动切断)，这是非常适合其他类型电源的引弧方式。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种单脉冲引弧电路，包括等离子弧电源、脉冲引弧电路、脉冲控制回路、切割枪喷嘴、切割枪电极和电源输出正端，其特征在于，所述脉冲控制回路还包括高频发生器，所述脉冲引弧电路输入端连接外部等离子弧电源，所述脉冲控制回路从脉冲引弧电路输出端获得分压后的高频输入信号，所述高频输入信号经过高频发生器后感应出高频高压，所述高频高压分别加至切割枪电极和切割枪喷嘴后产生非转移电弧，所述非转移电弧接通切割枪电极与电源输出正端点燃工作电弧。

2.根据权利要求1所述的一种单脉冲引弧电路，其特征在于：所述脉冲引弧电路包括电阻R1～R2、电容C1～C4，所述电阻R1和电容C1并联在电容C2两端，所述电容C3并联在等离子弧电源两端，所述电阻R2与电容C4的串联支路并联在电容C3两端。

3.根据权利要求2所述的一种单脉冲引弧电路，其特征在于：所述脉冲控制回路包括电流传感器、电阻R3～R12、电容C5～C8、运算放大器V1～V2、光耦V3、MOS管Q1、高频发生器和高频感应变压器；

所述电阻R3和电阻R4串联后并联在电容C3两端，所述电阻R3和电阻R4相连的一端连接MOS管Q1的漏极，所述MOS管Q1的源极分别连接高频发生器的一端、电容C7的一端、电阻R12的一端和光耦V3的3脚，所述光耦的3脚接B地线，所述电容C8并联在MOS管Q1的源极和漏极两端，所述MOS管Q1的栅极分别连接电容C7的另一端、电阻R12的另一端、电阻R11的一端和光耦V3的4脚，所述电阻R11的另一端接B15V电源，所述光耦V3的1脚串联电阻R8后分别连接运算放大器V1的输出端和运算放大器V2的正向输入端，所述运算放大器V1的反向输入端分别连接运算放大器V2的反向输入端、电阻R5的一端和电阻R6的一端、所述电阻R5的另一端接A15V电源，所述电容C5并联在电阻R6两端，所述电阻R6的另一端分别连接A地线和光耦V3的2脚，所述运算放大器V2外接A±15V电源，所述运算放大器V2的输出端串联电阻R9后分别连接电阻R10的一端、电阻R7的一端和运算放大器V1的正向输入端，所述电阻R10的另一端接A地线，所述电容C6并联在电阻R10的两端，所述电阻R7的另一端连接电流传感器的感应输出端，所述电流传感器外接A±15V电源和A地线，所述等离子弧电源的正极穿过电流传感器的中心孔作为电流传感器的感应输入端，所述穿过电流传感器中心孔的等离子弧电源正极还连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接切割枪喷嘴，所述高频发生器的另一端连接到等离子弧电源的负极，所述高频发生器还连接有高频感应变压器，所述高频感应变压器的一端连接等离子弧电源的负极，所述高频感应变压器的另一端连接切割枪电极。

4.根据权利要求1所述的一种单脉冲引弧电路，其特征在于：所述等离子弧电源输出260V以上的电压信号。

5.根据权利要求3所述的一种单脉冲引弧电路，其特征在于：所述MOS管Q1为N沟道MOSFET。

6.根据权利要求1所述的一种单脉冲引弧电路，其特征在于：所述等离子弧电源由外部三相空气开关控制。

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