专利名称：一种新型的等离子切割机引弧控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种新型的等离子切割机引弧控制装置，具体是一种用于等离子切割机产生引导弧的起弧控制电路。
背景技术：
等离子切割是利用高能量密度的等离子弧和高速的等离子流，将融化的金属从割口处吹走，从而形成连续缺口的一种切割方法。该切割技术具有能量密度高、切割变形小、切割前不需预热、切割金属范围广等优点，在工业上尤其是制造业中的应用日益广泛。国内等离子切割技术发展较为缓慢，与德、日、美等发达国家相比，无论是在切割设备、切割方法、数控智能技术等方面都有明显的差距。随着中国制造业迅猛发展，加快等离子切割技术的发展具有重要的现实意义。在切割时，等离子需要通过高频高压电路引弧，而引弧成功之后，维持电弧就不需要了，可以说引弧是实现等离子切割的关键环节，引弧电路设计的好坏在一定程度上决定了切割质量。高频引弧是指引弧过程中，在电极与工件间加入高频高压脉冲信号，通过这个信号来击穿电极与工件之间的气隙使电弧引燃。高频引弧电路结构简单，引弧性能稳定，成本低，只要设计上考虑周全，结构合理，就具有较高的可靠性，是等离子切割最常用和最可靠的引弧方式。本文发明的即为当引导弧形成后对其进行转换的控制电路，可以迅速将引导弧电缆的引导弧电流输送至工作电缆。初始阶段引导弧电流在遇到极小的阻抗的情况下快速流过引导弧电缆，随着压缩空气从喷嘴中喷射出，在电极(负极)与喷嘴(正极)之间形成高温焰流；建立初始的引导弧电流之后，控制电路中比较器输出高电平，通过光耦导通IGBT，使得引弧电路中的阻抗迅速剧增，帮助将电弧转移至工件，即在电极(负极)与工件(正极)之间形成电弧。采用此引导弧转移控制电路的等离子切割机具有一次引弧成功率高的特点。经过对现有带引导弧转换控制电路的等离子切割机的专利检索发现，申请(专利)号CN200920068769. 1，专利名称带引导弧切换电路的等离子切割机，描述的带引导弧切换电路的等离子切割机的电路拓扑复杂而且电路中需要用到4个IGBT，成本昂贵，在工业上大量应用难度高。申请(专利)号200520074420. 0，专利名称逆变等离子切割机柔性起弧控制装置，描述的电路拓扑响应速度不够迅速，功能和性能较差。综上所述，现有的引导弧切换电路都无法很好的满足结构简单，性能优越，易于应用的要求，但是引导弧切换电路的建立是提高引弧一次成功的必要条件。因此，随着等离子切割机的应用的不断扩大，设计一种结构简单，功能全面，可靠性强的引导弧切换电路已成为本领域技术人员的当务之急。
发明内容本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种通过霍尔电流传感器采样引弧电流，经过电阻转换为电压送到比较器正向输入端，使得比较器输出高电平驱动IGBT导通提高电路阻抗，从而形成引导弧转移的电路，具有结构简单、控制容易和成本低廉的优点。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括电流采样电路，比较器变换电路，IGBT驱动电路和IGBT导通变换电路，其中比较器变换电路的输出端通过光耦驱动IGBT导通变换电路。所述的电流采样电路包括主回路中的霍尔电流传感采样引弧电流信号，经过电阻转换为电压信号送到比较器正向输入端。所述的比较器变换电路包括比较器正向输入端为依次级联的三级滤波电路和正向反馈电路，比较器反向输入端为由稳压管构成的基准电压电路。所述的第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路均为RC滤波器。所述的稳压管构成的基准电压电路是指通过稳压二极管将反向输入端的输入电压钳位在一个精准不变的电压值上。所述的IGBT驱动电路的输入端为比较器变换电路的输出端，比较器输出高电平驱动光耦内发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电一光一电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。所述的IGBT导通变换电路包括与IGBT并联的交流电容、IGBT保护电路、IGBT缓冲电路。IGBT缓冲电路中为了防止IGBT集电极和发射极上的浪涌电压过高，设计了 RCD缓冲电路，旁路高频浪涌电压使得IGBT工作在安全工作区域。IGBT栅极的输入端为光耦输出的驱动信号，IGBT导通后电路阻抗增加。本发明通过以下方式进行工作等离子切割机上电后，初始电流通过电解电容在电极和喷嘴之间产生引导弧，当电流增加到一定值的时候，霍尔电流传感器采样到的引弧电流，经过电阻转换为电压超过比较器的基准电压，使得比较器输出高电平。比较器输出的高电平通过光耦隔离后送到IGBT的栅极，驱动IGBT导通。与IGBT串联的大电阻使得引弧电路中的阻抗迅速剧增，帮助将电弧转移至工件，即在电极与工件之间形成电弧。本发明根据等离子切割机引导弧转移的原理，设计了逻辑控制电路，可以实现引导弧一次成功转移，克服以往控制电路复杂、响应速度不够迅速的不足，适合应用于各种功率的等离子切割机。在引导弧完全转移至工件之前，引导弧存在于电极和喷嘴之间，在操作过程中减少了不必要的引弧电流。降低引弧电流可以降低喷嘴的损耗，有效延长喷嘴的寿命。引导弧转移控制电路设计结构简单、构思新颖、控制方便、成本低、通用性强、具有重要的应用价值。
图I为本发明的电路原理简图。图2为实施例I的比较器变换电路原理图。 图3为实施例I的IGBT驱动电路原理图。图4为实施例I的IGBT导通变换电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例I本实施例包括比较器变换电路(图2)，IGBT驱动电路(图3)和IGBT导通变换电路(图4)，其中比较器变换电路(图2)的输出信号通过图3中的光耦(U2)驱动IGBT导通变换电路(图4)。所述的比较器变换电路图2中包括依次级联的第一滤波电路R2、C1，第二滤波电路R3、C2，第三滤波电路R4、C3 ;基于稳压二极管LM385的比较器基准电压钳位电路；R6、R7、R8、C4、C5组成的反馈电路。 所述的电阻R2、R3、R4为精密电阻，电阻值分别为400K、100K、IOK。所述的电容C1、C2、C3为独石电容，容值分别为330pF、100pF、330pF。所述的电阻R11、R12为分压电阻，电阻值分别为2K、1K。LM385BZ-2. 5为微功率二端带隙稳压器二极管。通过电阻分压将基准电压钳位在0. 83V。所述的IGBT驱动电路图3中包括采用了 HCPL-3120的光耦隔离驱动电路。所述的IGBT导通变换电路图4中包括电解电容C12、C13，IGBT保护电路，IGBT缓冲电路。所述的电解电容C12、C13为铝电解电容680uF/450V。所述的IGBT保护电路包括图4中的二极管D7，电阻R16。IGBT的栅极和发射极上并联反向的二极管D7将输入的驱动电压信号钳位在保证IGBT能够稳定正常工作的状态。在IGBT的栅极和发射极上还并联了 I千欧姆的电阻R19，防止设备在工作振动过程中使得栅极回路断开，并在不被察觉的情况下给主电路加上电压而损坏IGBT。所述的IGBT缓冲电路由二极管D3、D4、D5、D6，电解电容C16、电阻Rl7组成，其为了防止IGBT集电极和发射极上的浪涌电压过高，使得IGBT工作在安全工作区域。本实施例能够实现各种功率等离子切割机的起弧。本发明引导弧切换电路的技术创新采用一种结构简单的高精度比较器控制电路，利用IGBT开关频率高，响应速度快，通过电路回路阻抗的增加来迅速形成引导弧的切换。对IGBT还设计了保护电路和缓冲电路，使得电路能够保证工作在安全区域，提高了设备的可靠性。整体设计已经获得仿真分析和实物样机的初步验证。而现有的几种方案的共同不足是电路级联复杂，控制复杂，可行性较差，引弧切换时间长，不能满足实际等离子切割机的工作需要。
权利要求1.一种新型的等离子切割机引弧控制装置，包括电流采样电路，比较器变换电路，IGBT驱动电路和IGBT导通变换电路，其特征是，电流采样电路采样电流信号，经电阻转换为电压信号送到比较器变换电路正向输入端，比较器变换电路的输出端通过光耦驱动IGBT导通变换电路。
2.根据权利要求I所述的一种新型的等离子切割机引弧控制装置，其特征是，所述的电流采样电路包括主回路中的霍尔电流传感采样引弧电流。
3.根据权利要求I所述的一种新型的等离子切割机引弧控制装置，其特征是，所述的比较器变换电路包括比较器正向输入端为依次级联的三级滤波电路和正向反馈电路，比较器反向输入端为由稳压管构成的基准电压电路。
4.根据权利要求I所述的一种新型的等离子切割机引弧控制装置，其特征是，所述的IGBT导通变换电路包括与IGBT并联的交流电容、IGBT保护电路、IGBT缓冲电路。
5.根据权利要求I所述的一种新型的等离子切割机引弧控制装置，其特征是，所述的IGBT驱动电路包括与比较器变换电路输出端连接的光耦。
6.根据权利要求I所述的一种新型的等离子切割机引弧控制装置，其特征是，所述的电流采样电路结构为主回路中的霍尔电流传感采样引弧电流，经过电阻转换为电压信号送 到比较器正向输入端。
7.根据权利要求I所述的一种新型的等离子切割机引弧控制装置，其特征是，所述的比较器变换电路中正向输入端为第一 RC滤波电路、第二 RC滤波电路和第三RC滤波电路；所述的比较器变换电路中反向输入端为稳压管构成的基准电压电路，其通过稳压二极管将反向输入端的输入电压钳位在一个精准不变的电压值上；所述的IGBT驱动电路的输入端为比较器变换电路的输出端，比较器输出高电平驱动光耦导通IGBT，具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
8.根据权利要求I所述的一种新型的等离子切割机引弧控制装置，其特征是，所述的IGBT导通变换电路中的IGBT保护电路将二极管反向并联在IGBT的栅极和发射极上，其作用是将输入的驱动电压信号钳位在保证IGBT能够稳定正常工作的状态。
9.根据权利要求I所述的一种新型的等离子切割机引弧控制装置，其特征是，在IGBT的栅极和发射极上并联电阻，防止设备在工作振动过程中使得栅极回路断开，在不被察觉的情况下给主电路加上电压而损坏IGBT ;所述的IGBT导通变换电路中的IGBT缓冲电路中为了防止IGBT集电极和发射极上的浪涌电压过高，设计了 RCD缓冲电路，旁路高频浪涌电压使得IGBT工作在安全工作区域。
专利摘要本实用新型公开了一种新型的等离子切割机引弧控制装置，包括电流采样电路、比较器变换电路、IGBT驱动电路和导通变换电路。电流采样电路通过霍尔传感器采样引弧电流，该电流经电阻转换为电压信号送到比较器正向输入端；比较器变换电路为依次级联的三级滤波电路和正向反馈电路、比较器反向输入端为稳压管构成的基准电压电路；IGBT导通变换为与IGBT并联的交流电容、IGBT保护电路、IGBT缓冲电路。本实用新型利用IGBT开关频率高，响应迅速的特点，实现电路回路阻抗增加来迅速形成引弧电流的切换。对IGBT还设计了保护缓冲电路，提高了设备可靠性，可实现引弧一次成功转移，克服以往控制电路复杂与响应不够迅速的不足。引弧转移控制电路结构简单、控制方便、成本低、通用性强。
文档编号H05H1/36GK202763266SQ20122028048
公开日2013年3月6日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者周祎隆, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:周祎隆, 王晓虹