一种恒流维弧装置及切割机的制作方法

本发明属于切割机技术领域，尤其涉及一种恒流维弧装置及切割机。

背景技术：

空气等离子切割技术具有切割质量、切割速度、运行成本、切割金属种类等多方面的综合优势，越来越受到行业的认可，在机械加工中的普及率越来越高。

传统空气等离子切割机的维弧电路中，通常是在整流输出后串联大功率限流电阻调节维弧电流，且在控制维弧电流开通和关断的过程中故障率高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种恒流维弧装置及切割机，以解决现有技术中维弧电流通断过程中故障率高的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种恒流维弧装置，包括：

整流模块、隔离驱动模块、维弧模块、维弧线；

所述整流模块的输出正极连接所述维弧模块的集电极和所述切割机的工件；所述维弧模块的栅极连接所述隔离驱动模块的第一输出端，所述维弧模块的发射极连接所述隔离驱动模块的第二输出端，所述维弧模块的发射极连接所述维弧线；所述维弧线适于连接所述切割机的割枪喷嘴；所述整流模块的输出负极适于连接所述切割机的割枪电极；

所述整流模块的输入端适于接收维弧电流，并将接收的维弧电流整流后输出，所述隔离驱动模块控制所述维弧模块开通和关断；所述维弧模块开通时，所述维弧模块从所述整流模块的输出正极接收整流后的维弧电流，并将所述整流后的维弧电流发送给所述维弧线，连接所述维弧线的割枪喷嘴和连接所述整流模块的输出负极的割枪电极之间经过高频放电产生电弧；所述维弧模块关断时，所述维弧电流从所述整流模块的输出正极流向所述切割机的工件，连接所述切割机的工件和连接所述整流模块的输出负极的割枪电极之间产生电弧。

可选的，所述整流模块包括：

pi调节单元、逆变单元、主变耦合整流单元；

所述pi调节单元的输出端连接所述逆变单元的输入端，所述逆变单元的输出端连接所述主变耦合单元的输入端，所述主变耦合整流单元的输出正极连接所述维弧模块的集电极，所述主变耦合整流单元的输出负极适于连接所述切割机的割枪电极；

所述pi调节单元将接收到的所述维弧电流进行放大、滤波后，输入所述逆变单元，所述逆变单元将接收到的经过放大、滤波后的维弧电流逆变后输入所述主变耦合整流单元，所述主变耦合整流单元将接收到的经过逆变的维弧电流进行耦合隔离得到整流后的维弧电流。

可选的，所述整流模块还包括：

原边反馈单元；

所述原边反馈单元的输入端连接所述逆变单元的输出端，且连接所述主变耦合整流单元的输入端；所述原边反馈单元的输出端连接所述pi调节单元的输入端；

所述原边反馈单元将接收到的逆变后的维弧电流反馈给所述pi调节单元，所述pi调节单元对接收到的所述原边反馈单元反馈的维弧电流进行调节。

可选的，所述pi调节单元包括放大子单元；

所述放大子单元包括：

第一电阻、第一电容、稳压二极管、第一运算放大器；

所述第一电阻的第一端连接所述第一运算放大器的反向输入端，所述第一电阻的第二端连接所述第一电容的第一端；

所述第一电容的第二端连接所述第一运算放大器的输出端；

所述稳压二极管的正极连接所述第一运算放大器的反向输入端，所述稳压二极管的负极连接所述第一运算放大器的输出端；

所述第一运算放大器的正向输入端接地；

所述放大子单元将接收到的所述维弧电流进行放大，得到放大后的维弧电流。

可选的，所述pi调节单元还包括：

分压子单元、信号跟随子单元、一阶滤波子单元、pwm控制芯片；

所述放大子单元、分压子单元、信号跟随子单元、一阶滤波子单元、pwm控制芯片依次电性连接；

所述分压子单元包括：

第二电阻、第三电阻、第二电容；

所述第二电阻的第一端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端，且连接所述第二电容的第一端；

所述第三电阻的第二端、所述第二电容的第二端分别接地；

所述信号跟随子单元包括第二运算放大器；

所述第二运算放大器的正向输入端连接所述第二电阻的第二端，所述第二运算放大器的反向输入端连接所述第二运算放大器的输出端；

所述一阶滤波子单元包括：

第四电阻、第三电容；

所述第四电阻的第一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第四电阻的第二端连接所述第三电容的第一端，所述第三电容的第一端连接所述pwm控制芯片；

所述第三电容的第二端接地；

所述分压子单元将接收到的经过放大子单元放大后的维弧电流进行分压，并将分压后的维弧电流输入所述信号跟随子单元，所述信号跟随子单元对所述分压后的维弧电流进行信号跟随，并将信号跟随得到的维弧电流输入所述一阶滤波子单元，所述一阶滤波子单元将接收到的维弧电流进行一阶滤波处理，并将处理后的维弧电流输入所述pwm控制芯片，所述pwm控制芯片通过接收到的维弧电流控制pwm信号的脉宽，并利用pwm信号驱动所述逆变单元。

可选的，所述维弧模块包括：

第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管；

所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接所述整流模块的输出正极，所述第一绝缘栅双极型晶体管的栅极连接所述隔离驱动模块的第一输出端，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接所述隔离驱动模块的第二输出端，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接所述维弧线；

所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接所述整流模块的输出正极，所述第二绝缘栅双极型晶体管的栅极连接所述隔离驱动模块的第三输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接所述隔离驱动模块的第二输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极连接所述维弧线。

可选的，所述恒流维弧装置还包括：

吸收模块、高频耦合线圈；

所述吸收模块的输入端连接所述整流模块的输出正极，且连接所述维弧模块的集电极，所述吸收模块的输出端连接所述维弧线，且连接所述维弧模块的发射极；所述高频耦合线圈的第一端连接所述整流模块的输出负极，所述高频耦合线圈的第二端适于连接所述切割机的割枪电极；

当所述维弧模块关断时，所述吸收模块吸收电压尖峰。

可选的，所述吸收模块包括：

第五电阻、第六电阻、第四电容、二极管；

所述第五电阻的第一端连接所述整流模块的输出正极，所述第五电阻的第二端连接所述第六电阻的第一端；

所述第六电阻的第二端连接所述维弧线；

所述二极管的正极连接所述整流模块的输出正极，所述二极管的负极连接所述第四电容的第一端；

所述第四电容的第二端连接所述维弧线；

所述二极管的负极连接所述第五电阻的第二端。

本发明实施例的第二方面提供了一种切割机，包括：割枪、如权利要求1至8任一项所述的恒流维弧装置。

可选的，所述割枪包括：

喷嘴、电极；

所述割枪的喷嘴连接所述维弧线；

所述割枪的电极连接所述高频耦合线圈的第二端；

连接所述维弧线的割枪的喷嘴和连接所述高频耦合线圈的第二端的割枪的电极之间经过高频放电产生电弧。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明将所述整流模块的输出正极连接所述维弧模块的集电极和所述切割机的工件；所述维弧模块的栅极连接所述隔离驱动模块的第一输出端，所述维弧模块的发射极连接所述隔离驱动模块的第二输出端，所述维弧模块的发射极连接所述维弧线；所述维弧线适于连接所述切割机的割枪喷嘴；所述整流模块的输出负极适于连接所述切割机的割枪电极；利用维弧模块中的绝缘栅双极型晶体管的开通和关断，来控制维弧电流的通断，大大降低了维弧电路通断过程中的故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的恒流维弧装置的示意图；

图2是本发明另一实施例提供的恒流维弧装置的示意图；

图3是本发明另一实施例提供的恒流维弧装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的pi调节单元的示意图；

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明实施例提供的恒流维弧装置的示意图，如图所示，所述恒流维弧装置包括：

整流模块100、隔离驱动模块200、维弧模块300、维弧线；

所述整流模块100的输出正极连接所述维弧模块300的集电极和所述切割机的工件；所述维弧模块300的栅极连接所述隔离驱动模块200的第一输出端，所述维弧模块300的发射极连接所述隔离驱动模块200的第二输出端，所述维弧模块300的发射极连接所述维弧线；所述维弧线适于连接所述切割机的割枪喷嘴；所述整流模块100的输出负极适于连接所述切割机的割枪电极；

所述整流模块100的输入端适于接收维弧电流，并将接收的维弧电流整流后输出，所述隔离驱动模块200控制所述维弧模块300开通和关断；所述维弧模块300开通时，所述维弧模块300从所述整流模块100的输出正极接收整流后的维弧电流，并将所述整流后的维弧电流发送给所述维弧线，连接所述维弧线的割枪喷嘴和连接所述整流模块100的输出负极的割枪电极之间经过高频放电产生电弧；所述维弧模块关断时，所述维弧电流从所述整流模块100的输出正极流向所述切割机的工件，连接所述切割机的工件和连接所述整流模块100的输出负极的割枪电极之间产生电弧。

在实际应用中，当隔离驱动模块200控制维弧模块300开通时，维弧电流从整流模块100的输出正极流向维弧模块300，并且经过维弧模块300流向维弧线，经过维弧线流向切割机的割枪喷嘴，此时，切割机的割枪喷嘴与连接整流模块100的输出负极的割枪电极之间经过高频放电产生电弧，该电弧可作为引燃电弧；当隔离驱动模块200控制维弧模块300关断时，维弧电流从整流模块100的输出正极流向切割机的工件，此时，切割机的工件与连接整流模块100的输出负极的割枪电极之间产生电弧，该电弧用于切割机的正常工作。

本实施例将所述整流模块的输出正极连接所述维弧模块的集电极，所述维弧模块的集电极适于连接所述切割机的工件；所述维弧模块的栅极连接所述隔离驱动模块的第一输出端，所述维弧模块的发射极连接所述隔离驱动模块的第二输出端，所述维弧模块的发射极连接所述维弧线；所述维弧线适于连接所述切割机的割枪喷嘴；所述整流模块的输出负极适于连接所述切割机的割枪电极；利用维弧模块中的晶体管的开通和关断，来控制维弧电流的通断，大大降低了维弧电路通断过程中的故障率。

图2是本发明又一实施例提供的恒流维弧装置的示意图，在图1所示实施例的基础上，所示恒流维弧装置还包括：

可选的，所述维弧模块100包括：

第一绝缘栅双极型晶体管g1、第二绝缘栅双极型晶体管g2；

所述第一绝缘栅双极型晶体管g1的集电极连接所述整流模块100的输出正极，所述第一绝缘栅双极型晶体管g1的栅极连接所述隔离驱动模块200的第一输出端，所述第一绝缘栅双极型晶体管g1的发射极连接所述隔离驱动模块200的第二输出端，所述第一绝缘栅双极型晶体管g1的发射极连接所述维弧线；

所述第二绝缘栅双极型晶体管g2的集电极连接所述整流模块100的输出正极，所述第二绝缘栅双极型晶体管g2的栅极连接所述隔离驱动模块200的第三输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管g2的发射极连接所述隔离驱动模块200的第二输出端，所述第二绝缘栅双极型晶体管g2的发射极连接所述维弧线。

其中，绝缘栅双极型晶体管，也称igbt(insulatedgatebipolartransistor)，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有mosfet(金氧半场效晶体管)的高输入阻抗和gtr(电力晶体管)的低导通压降两方面的优点，即驱动功率小、饱和压降低，常适用于直流电压600v以上的变流系统，如交流电机、变频器、开关电源等。igbt的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给pnp晶体管提供栅极电流，使igbt导通；反之，加反向栅极电压消除沟道，切断栅极电流，使igbt关断。优选的，本实施例中的绝缘栅双极型晶体管可以选用仙童60a/600v。

可选的，所述恒流维弧装置还包括：

吸收模块400、高频耦合线圈t1；

所述吸收模块400的输入端连接所述整流模块100的输出正极，且连接所述维弧模块300的集电极，所述吸收模块400的输出端连接所述维弧线，且连接所述维弧模块300的发射极；所述高频耦合线圈t1的第一端连接所述整流模块100的输出负极，所述高频耦合线圈t1的第二端适于连接所述切割机的割枪电极；

当所述维弧模块300关断时，所述吸收模块400吸收电压尖峰。

在实际应用中，吸收模块与维弧模块并联连接。当维弧模块关断时，要经过维弧模块的维弧电流被阻断，无法经过维弧模块流向维弧线，从而产生电压尖峰。此时，与维弧模块并联的吸收模块吸收此电压尖峰，以保证该恒流维弧装置工作过程中的可靠性。

可选的，所述吸收模块400包括：

第五电阻r1、第六电阻r2、第四电容c1、二极管d1；

所述第五电阻r1的第一端连接所述整流模块100的输出正极，所述第五电阻r1的第二端连接所述第六电阻r2的第一端；

所述第六电阻r2的第二端连接所述维弧线；

所述二极管d1的正极连接所述整流模块100的输出正极，所述二极管d1的负极连接所述第四电容c1的第一端；

所述第四电容c1的第二端连接所述维弧线；

所述二极管d1的负极连接所述第五电阻r1的第二端。

本实施利用绝缘栅双极型晶体管连接构成维弧模块，与传统恒流维弧装置中的利用机械触点继电器控制维弧电流的通断相比较，大大降低了维弧电路通断过程中的故障率；并且与维弧模块并联连接吸收模块，使得在维弧模块关断时可以吸收电压尖峰，保证了维弧模块工作过程中的可靠性。

图3是本发明又一实施例提供的恒流维弧装置的示意图，在图2所示实施例的基础上，还可以包括：

可选的，所述整流模块100包括：

pi调节单元101、逆变单元102、主变耦合单元103；

所述pi调节单元101的输出端连接所述逆变单元102的输入端，所述逆变单元102的输出端连接所述主变耦合单元103的输入端，所述主变耦合单元103的输出正极连接所述维弧模块300的集电极，所述主变耦合单元103的输出负极适于连接所述切割机的割枪电极；

所述pi调节单元101将接收到的所述维弧电流进行放大、滤波后，输入所述逆变单元，所述逆变单元102将接收到的经过放大、滤波后的维弧电流逆变后输入所述主变耦合单元103，所述主变耦合单元103将接收到的经过逆变的维弧电流进行耦合隔离得到整流后的维弧电流。

可选的，所述整流模块100还包括：

原边反馈单元；

所述原边反馈单元的输入端连接所述逆变单元102的输出端，且连接所述主变耦合单元103的输入端；所述原边反馈单元的输出端连接所述pi调节单元101的输入端；

所述原边反馈单元将接收到的逆变后的维弧电流反馈给所述pi调节单元101，所述pi调节单元101对接收到的所述原边反馈单元反馈的维弧电流进行调节。

本实施例在整流模块中添加pi调节单元，用于对维弧电流进行放大、滤波调节，且增加原边反馈单元，用于将逆变后的维弧电流反馈给pi调节单元；实现了对维弧电流的平稳控制，且与传统维弧装置中串联大功率小电阻的限流方式相比，大大减少了电路损耗。

图4是本发明实施例提供的pi调节电路的示意图，如图所示，所述pi调节单元101包括放大子单元1011；

所述放大子单元1011包括：

第一电阻r13、第一电容c11、稳压二极管z11、第一运算放大器ic1b；

所述第一电阻r13的第一端连接所述第一运算放大器ic1b的反向输入端，所述第一电阻r13的第二端连接所述第一电容c11的第一端；

所述第一电容c11的第二端连接所述第一运算放大器ic1b的输出端；

所述稳压二极管z11的正极连接所述第一运算放大器ic1b的反向输入端，所述稳压二极管z11的负极连接所述第一运算放大器ic1b的输出端；

所述第一运算放大器ic1b的正向输入端接地；

所述放大子单元1011将接收到的所述维弧电流进行放大，得到放大后的维弧电流。

可选的，所述pi调节单元101还包括：

分压子单元1012、信号跟随子单元1013、一阶滤波子单元1014、pwm控制芯片；

所述放大子单元1011、分压子单元1012、信号跟随子单元1013、一阶滤波子单元1014、pwm控制芯片依次电性连接；

所述分压子单元1012包括：

第二电阻r14、第三电阻r15、第二电容c12；

所述第二电阻r14的第一端连接所述第一运算放大器ic1b的输出端，所述第二电阻r14的第二端连接所述第三电阻r15的第一端，且连接所述第二电容c12的第一端；

所述第三电阻r15的第二端、所述第二电容c12的第二端分别接地；

所述信号跟随子单元1013包括第二运算放大器ic1a；

所述第二运算放大器ic1a的正向输入端连接所述第二电阻r14的第二端，所述第二运算放大器ic1a的反向输入端连接所述第二运算放大器ic1a的输出端；

所述一阶滤波子单元1014包括：

第四电阻r16、第三电容c13；

所述第四电阻r16的第一端连接所述第二运算放大器的输出端ic1a，所述第四电阻r16的第二端连接所述第三电容c13的第一端，所述第三电容c13的第一端连接所述pwm控制芯片；

所述第三电容c13的第二端接地；

所述分压子单元1012将接收到的经过放大子单元放大后的维弧电流进行分压，并将分压后的维弧电流输入所述信号跟随子单元1013，所述信号跟随子单元1013对所述分压后的维弧电流进行信号跟随，并将信号跟随得到的维弧电流输入所述一阶滤波子单元1014，所述一阶滤波子单元1014将接收到的维弧电流进行一阶滤波处理，并将处理后的维弧电流输入所述pwm控制芯片，所述pwm控制芯片通过接收到的维弧电流控制pwm信号的脉宽，并利用pwm信号驱动所述逆变单元。

在实际应用中，优选的，pwm控制芯片可以选用uc3846。一阶滤波单元中的第三电容的第一端连接uc3846的第5脚。uc3846通过第5脚电压的高低控制输出pwm信号的脉宽，pwm信号的脉宽可以控制切割机输出功率的大小，从而达到控制维弧电流大小的目的。

本实施例将pi调节单元中的放大子单元、分压子单元、信号跟随子单元、一阶滤波子单元、pwm控制芯片依次电性连接；实现了对维弧电流的放大、分压、跟随、滤波及大小控制，从而实现了对维弧电流的平稳控制。

本发明实施例提供了一种切割机，包括：割枪、如权利要求1至8任一项所述的恒流维弧装置。

可选的，所述割枪包括：

喷嘴、电极；

所述割枪的喷嘴连接所述维弧线；

所述割枪的电极连接所述高频耦合线圈的第二端；

连接所述维弧线的割枪的喷嘴和连接所述高频耦合线圈的第二端的割枪的电极之间经过高频放电产生电弧。

在实际应用中，切割机包括空气等离子切割机。当维弧模块开通时，切割机的割枪喷嘴与割枪电极之间经过高频放电产生电弧，该电弧可作为引燃电弧；当维弧模块关断时，切割机的工件与割枪电极之间产生电弧，该电弧用于切割机的正常工作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。