一种单管igbt工业级逆变空气等离子弧切割机的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种单管IGBT工业级逆变空气等离子弧切割机，包括切割机的结构和电路设计，属于逆变焊割机技术领域。
技术背景
[0002]当前，等离子切割机产品市场的竞争十分激烈。产品技术先进、成本有优势的，市场的竞争力会较高。
[0003]目前，国内外市场上逆变式空气等离子弧切割机的额定电流通常在30A?100A(30?60%负载持续率)之间。国内此类切割机，很多是采用MOSFET管逆变控制技术来制作的。MOSFET管逆变切割机，需要采用很多的MOSFET管并联来扩大器件的电流。这就使切割机的电路板尺寸大、电路板和整机结构复杂，同时也存在着产品可靠性低、制作成本高等问题。目前，采用IGBT的逆变等离子切割机逐渐成为此类产品开发的重点。由于IGBT的电流等级大，不需要像MOSFET管那样，采用多管并联的方式来扩大其器件的电流，因此，产品的可靠性得以提高。同时，这种逆变电子开关器件数量的减少可使切割机的电路板尺寸变小，电路板和整机结构变得简单，同时产品的制作成本和工艺水平也得以提高。解决了MOSFET多管并联技术存在的诸多问题。体现了 IGBT逆变控制技术的优势和发展前景。尽管IGBT逆变控制技术的等离子切割机已有不少产品，然而，不同的开发和设计思路，产品的成本等是不一样的。采用IGBT模块，固然切割机的额定输出电流和负载持续率可以好大，但是产品制作成本等也高，不利于市场竞争。采用单管IGBT，能够实现较大电流(如本实用新型65A)等级、高负载持续率(60%及以上)和可靠性的逆变切割机产品还是较少的。此类产品的控制技术水平是一大障碍。不同的产品制造企业，由于设计水平和成本的差异，产品的可靠性等性能也是存在较大差异的。
[0004]目前，MOSFET多管并联的等离子切割机，其内部采用上、中、下三控制板和整机布局结构，显得复杂和技术落后;采用单管IGBT逆变的切割机，有的采用单块电路板的内部结构设计形式。有的采用二板上、下控制板和整机布局结构。与MOSFET多管并联的等离子切割机相比，明显有了较大的技术进步。但是，上述这些逆变空气等离子切割机，受切割机电路和内部结构设计、功率器件散热条件及其冷却效果等因素的限制，使它们在较大电流输出(如65A)时其负载持续率难以做的很大，较短的工作时间就会出现切割机热保护。如不少切割机的负载持续率只有30?40%。如此短的切割时间，使不少客户相当不满意。甚至很多机器就是65A、60A的额定工作电流都达不到。另外，有的IGBT逆变切割机，由于大功率器件发热严重，甚至会烧坏电路板，使电路板无法修复，造成厂家或用户的较大经济损失。其次，不同的切割机产品，所采用的控制电路不同，产品的可靠性也有较大的差异性。市场上很多的切割机产品，由于工作可靠性差，经常损坏，也受到了很多用户的批评，甚至厂家失去了市场。再者，我国的切割机生产企业数量多，并且呈现小而分散的特点。由于企业的实力弱，产品的生产数量很少，没有能力采用大量的SMT贴片器件来实现切割机产品的自动化或规模化生产，因此，产品的生产效率低下，制作工艺水平往往是手工作业水平，显得十分落后。同时，也为产品的不可靠埋下了质量隐患。
[0005]虽然采用IGBT逆变控制电路构成的空气等离子弧切割机种类是比较多的。它们的电路和切割机内外部结构形式也是多种多样的。但是，不同的电路及其结构设计思路，所采用的具体电路形式和整个电路布置的方式是不同的。不仅如此，切割机的性能指标包括输出的电流/电压范围及其对应的负载持续率、绝缘等级、温升、制作工艺水平、产品的可靠性等也会表现出一些明显的差距。即使是在相同的产品参数性能指标下，由于具体电路及其切割机结构设计方面的不同，或者所采用的电子元器件的封装形式不同，因而电路板等元器件的装配、焊接和检测工艺水平、自动化程度等也会明显不同，这就会使逆变式空气等离子弧切割机这类电子产品电路板的尺寸、生产时安装的方便性、生产效率、生产成本、产品的成本等也会显著不同。例如，采用大量自动插件和SMT贴片器件的切割机，由于装焊这些器件通常采用先进、高效、适合于大批量自动化生产和检测的设备，所以，可极大地提高电路板或电子产品的生产效率，降低生产成本，增加产品的市场竞争力。
[0006]也就是说，逆变等离子切割机的结构和电路设计不同，其技术参数、使用性能、生产效率，甚至产品的外观和可靠性以及市场竞争力等是差别比较大的。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种单管IGBT工业级逆变空气等离子弧切割机，采用单管IGBT以及先进的逆变控制技术。所述的切割机，是一种三相380V供电，其额定电流/电压为65A/104V，额定负载持续率60%，不仅体积小，而且重量轻，携带十分方便。当然，通过切割机外形和电路布局结构设计的变化，利用本实用新型所述的切割机电路板及其相应的零部件还可形成其它系列的产品，扩大产品的应用范围，本实用新型切割机的电路和电路板及整机的结构设计合理，安装方便，故生产效率高、制作成本低。
[0008]为实现上述目的采用以下技术方案:
[0009]一种单管IGBT工业级逆变空气等离子弧切割机，包括外部部分和内部部分，其特征为，所述的内部部分主要分为上、下两层布局，其上层部分包括供电、输入整流、控制板部分;其下层部分包括主要为整流后滤波、逆变变换、输出整流和电流滤波、电流信号检测和气路控制;所述的上层部分包括:控制变压器、三相整流桥或桥堆、小弧控制板或线路板、高频板或高频控制板、主控制板，这些部件固定在切割机的中隔板上，各控制电路板位于上层部分，相当于被中隔板、左右侧板、顶盖组成的金属外壳包围，可起到隔离来自下层的大电流强电磁干扰的作用;所述的下层部分包括:滤波电解电容、挡风板、单管IGBT、热保护器、小弧电磁阀、输出整流快恢复二极管、桥臂电容、主弧电磁阀、假负载、电抗、引弧线圈、磁环、快恢复二极管、逆变谐振电容、谐振电感、换向电感、绝缘板、逆变主变压器、霍尔传感器，下层主要集中大功率高发热量元件，通过中隔板与上层隔离，并与后面板的风道相通，形成快速冷却通道。
[0010]所述的外部部分包括切前面板和后面板，前面板上安装有:电源指示灯、过热保护指示灯、欠压/过压指示灯、切割/试气转换或检气开关、电流调节电位器;前面板与工件连接的切割工件正极性输出快速接头座或快速接头、等离子弧切割枪小弧接线柱、等离子弧切割枪开关的航空插座和等离子弧切割枪气电一体化输出接头；后面板上安装有:空气开关、空气滤清器、冷却风扇，冷却风机设置在后面板下部，使冷风从切割机机箱后部的进气孔进行，可使下层部分的一些发热器件或零部件有良好的冷却效果。
[0011]在本实用新型各个控制电路板上，还有大量的其它电子元器件和零部件。各个控制电路板上，只有少量尺寸大的元器件和零部件需要生产人员手工装配和焊接。其它很多SMT贴片式或插件式电子元器件，都是采用高效率的贴片机和插件机、自动焊接机和清洗机自动完成器件安装、焊接和清洗的。因此，各个电路板的生产效率很高，出错率低，制作质量都比较高，最终可使切割机产品生产时的一次合格率很高。降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。
[0012]本实用新型切割机的工作原理简述如下:通电后，电源开关接通电网电源。相应的控制变压器、各控制板等电路部分带电工作。从电网来的交流电，经过整流桥整流后变为直流电。再经过电解电容的滤波，变为较为稳定的直流电，供给由单管IGBT组件、逆变变压器、快速恢复二极管组件、滤波电感、换向电感、谐振电感等组成的逆变主电路。通过切割机前面板上的试气检测/切割转换开关，可检测切割机的气体压力是否正常，有没有漏气等现象。如果检测正常，则通过该开关转换到准备切割的工作状态。压缩空气的气压和流量可通过空气滤清器设定。当气压足够的时候，才能使切割机进行正常工作，防止压缩空气的气压或流量不足烧坏等离子切割枪。
[0013]切割时，按压等离子切割枪上的开关，即可实现等离子小电流的引导弧(简称小弧)点火，无需接触工件。当切割枪去切割工件时，切割枪的电极与工件间可形成大电流的切割等离子弧(简称主弧)，实现对工件的切割操作。引弧高频需要在其控制电路板、高压电容、高压包、(高频耦合)引弧线圈等作用下才能形成。逆变和切割机输出电流参数的控制是通过电路板的控制电路、电流给定电位器、霍尔