专利名称：绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种等离子切割机，具体涉及一种绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机。
背景技术：
目前的等离子切割机绝大多数为可控硅(SRC)的工频整流的电源。由于可控硅的开关频率为50-60HZ，所以主变压器非常大和重。由U=4. 44NBSf公式(其中U表示变压器的输入电压，N为绕制匝数，S为变压器的铁芯截面积，f为输入电压的频率，B为铁芯的磁感应强度)。可知U、B和N不变的情况下，f增大，则S减小。工频为50Hz，而绝缘栅双极晶体管的开关频率为20000Hz，可见其它条件相同的情况下，绝缘栅双极晶体管的逆变电源的主变压器可以比工频整流的主变压器小400倍左右。可见这种工频整流电源耗材、耗电、体 积大、重量重。逆变技术用于切割电源已近二十来年，当初是可控硅(SCR)逆变。由于逆变频率不高使得体积大、重量重、成本高，现已停止生产。现有工业级的切割电源几乎都采用绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor简称IGBT)逆变,采用传统的硬开关，成熟的硬开关电源技术能够将电源开关工作过程中所产生的开关损耗降到最低，其简单的控制电路便于设计和操作。鉴于上述问题，本实用新型公开了一种绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机。其具有如下文所述之技术特征，以解决现有的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，它先将单相220V或三相380V交流电整流滤波变换成310V或540V左右直流电，采用PWM (脉宽调制)技术，由绝缘栅双极型晶体管将其转换为约20KHz的高频脉冲交流电，再通过高频切割变压器降压和整流、滤波，变换成符合切割工艺要求的直流电。本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的目的是通过以下技术方案实现的一种绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，包括由前盖、后盖、底板及多个侧盖构成的箱体、切割装置、设置在箱体内的左散热器、右散热器、控制电路、工作器件、设置在后盖内侧的风机、接线端子、空气开关、进气孔及设置在前盖外表面上的提醒元件。上述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其中，所述的前盖上还设置有“ + ”切割电缆接线端子、切割电缆接线端子、引弧线接口、控制开关接口及气电一体接头；控制开关接口与割枪开关相接。上述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其中，所述的箱体内部还设有中层板、元件板及与所述的中层板垂直的隔离板，所述的元件板上表面设有控制单元；所述的控制单元包括主控制电路、驱动电路、控制变压器及打火板；控制变压器分别与主控制电路及驱动电路连接。[0009]上述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其中，所述的提醒元器件包括电流表、电源指示灯、保护指示灯、状态选择开关、电流电位器及延时送气电位器；所述的电流表、电源指示灯、保护指示灯、状态选择开关、电流电位器及延时送气电位器分别与主控制电路的相应接口相连。上述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其中，所述的左散热器上还装有热敏电阻。上述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其中，所述的工作器件包括接线盒、三相整流桥、无极电容、绝缘栅双极型晶体管吸收板、绝缘栅双极型晶体管模块、主变压器、二次整流板、电流互感器、手把变压器、打火变压器、电磁阀及输出电感；所述的接线盒、三相整流桥、无极电容设置在中层板后端，所述的绝缘栅双极型晶体管模块设置在左散热器上，所述的绝缘栅双极型晶体管模块与驱动电路连接，所述的绝缘栅双极型晶体管吸收板设置在左散热器上，位于绝缘栅双极型晶体管模块之上；所述的主变压器设置于中层板下方，所述的二次整流板设置在右散热器之上；所述的电流互感器串联在输出线上，与主控制电路相连接，所述的手把变压器设置在隔离板的右侧，所述的打火变压器设置在切割电 缆线端子和输出电感之间，所述的电磁阀设置在底板的后端，所述的输出电感设置于底板的前端。上述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其中，所述的接线盒、三相整流桥、无极电容、绝缘栅双极型晶体管模块、主变压器、二次整流板、手把变压器、打火变压器、输出电感依次连接；所述的绝缘栅双极型晶体管吸收板与绝缘栅双极型晶体管模块相连接；所述的电磁阀通过气管与气电一体接头及进气孔相连接。上述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其中，所述的控制变压器和主控制电路相连接；所述的驱动电路与主控制电路、绝缘栅双极型晶体管模块相连接；所述的打火板与主控制电路和打火变压器相连接。上述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其中，所述的接线端子与空气开关线连；所述的空气开关与接线盒相连；所述的接线盒与三相整流桥及控制变压器相连，同时还与所述的风机相连接。本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机由于采用了上述方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果I、本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机由于工作频率的大幅度提高，体积、重量大幅度减小；同时加快了电路控制响应速度，优化了切割特性。2、本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机控制简单可靠、开关损耗低、稳定性好、切割力强、切割速度快、自调节能力强、故障率低、切割电流连续可调、噪音低，有合理的静态特性和良好的动态性能，切口狭窄、光洁、整齐，自调节能力强，切割电流连续可调。以下，将通过具体的实施例做进一步的说明，然而实施例仅是本实用新型可选实施方式的举例，其所公开的特征仅用于说明及阐述本实用新型的技术方案，并不用于限定本实用新型的保护范围。
[0019]为了更好的理解本实用新型，可参照本说明书援引的以供参考的附图，附图中图I是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的主视图。图2是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的后视图。图3是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的右视图。图4是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的左视图。图5是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的结构框图。图6是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的电路原理图。图7是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机自锁切割方式的过程图。 图8是本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机非自锁切割方式的过程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的说明请参见附图I及附图2所示，本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机包括由前盖011、后盖012、底板013及多个侧盖构成的箱体OI、切割装置、设置在箱体OI内的左散热器02、右散热器03、控制电路、工作器件、设置在后盖012内侧的风机0121、接线端子0122、空气开关0123、进气孔0124、设置在前盖011外表面上的提醒元件。前盖011上还设置有“ + ”切割电缆接线端子0111、“-”切割电缆接线端子0112、引弧线接口 0113、控制开关接口 0114及气电一体街头0115 ”切割电缆线端子0111用于接切割枪电缆和切割电缆线端子0112通过输出电缆外接工件；控制开关接口 0114与割枪开关相接，引弧线接口 0113为切割弧提供一个小电流的接口。请参见附图3及附图4所示，所述的箱体01内还设有中层板04、元件板05及隔离板，所述的元件板05上表面设有控制单元051，所述的控制单元051包括主控制电路052、驱动电路053、控制变压器054及打火板055 ;控制变压器054分别与主控制电路052及驱动电路053连接。风机0121起对发热器件进行强迫风冷的作用；空气开关0123用于当发生严重过载或短路时跳闸。主控制电路052由切割电流、电流反馈、过热保护等电路组成，它的作用是随给定电流的大小来精确控制输出电流的大小，也就是随焊接电流给定值的大小来确定送入驱动电路053的电压信号的大小，并受限于电流反馈的大小，当电流反馈值大于焊接电流给定值时，则无信号输出，另外还有对整个切割过程进行逻辑控制的作用。控制变压器054为主控制电路052提供所需的电源。所述的提醒元器件包括电流表014、电源指示灯015、保护指示灯016、状态选择开关017、电流电位器018及延时送气电位器019。所述的电流表014、电源指示灯015、保护指示灯016、状态选择开关017、电流电位器018及延时送气电位器019分别与主控制电路052的相应接口相连。电流表014显示切割电流大小。电源指示灯015在焊机通电时，则此灯亮。所述的状态选择开关017包括“自锁”和“非自锁”两种状态；状态选择开关017置于“非自锁”时，按枪切割枪开关则切割，松开则停止切割；置于“自锁”时，第一次按切割枪开关和松开切割枪开关则可正常切割，当再次按切割枪开关时则停止切割；电流电位器017随着电位器向右角度加大，则切割机的输出电流也加大。在左散热器02上还装有热敏电阻，当左散热器02的温度达到一定值的时，热敏电阻则将信号传递到主控制电路052，主控制电路052则控制保护指示灯016亮，同时停止切割机的切割工作。所述的工作器件包括接线盒060、三相整流桥061、无极电容062、绝缘栅双极型晶体管吸收板063、绝缘栅双极型晶体管模块064、主变压器065、二次整流板066、电流互感器067、手把变压器068、打火变压器069、电磁阀070及输出电感071 ;所述的接线盒060、三相整流桥061、无极电容062设置在中层板04后端，接线盒060用于增加电源输入的支路，三相整流桥061把三相交流电压转变成直流电压，无极电容062将整流电压变成较平滑的直流电压；所述的绝缘栅双极型晶体管模块064设置在左散热器02上，用于把上述整流输出的直流电压转换成中频矩形脉冲电压，这个转换过程称为逆变；所述的绝缘栅双极型晶体管吸收板063设置在左散热器02上，位于绝缘栅双极型晶体管模块064之上；所述的主变压器065设置于中层板04下方，将经绝缘栅双极型晶体管模块064逆变后的高压电流降压为低压电流，它的铁芯采用纳米晶材料，与铁氧体比，它具有饱和磁感应强度Bm高，损耗·低，磁导率高，热稳定性好等优点，它的初、次级线圈采用多股漆包线并联；所述的二次整流板066设置在右散热器03之上；所述的电流互感器067串联在输出线上，与主控制电路052相连接，为电路提供电流反馈信号；所述的手把变压器068设置在隔离板的右侧，相当于手把开关的作用；所述的打火变压器069设置在切割电缆线端子0112和输出电感071之间，为切割提供必要的引弧高压；所述的电磁阀070设置在底板013的后端，为切割机工作提供所需的压缩空气；所述的输出电感071设置于底板013的前端，起到滤波和储能的作用。绝缘栅双极型晶体管模块064与驱动电路053连接，并向其传输“过流限制”信号；驱动电路053随主控制电路052来的信号大小去控制绝缘栅双极型晶体管模块064的触发脉冲宽度，从而控制绝缘栅双极型晶体管模块064的导通宽度来调节输出电流的大小。所述的接线盒060、三相整流桥061、无极电容062、绝缘栅双极型晶体管模块064、主变压器065、二次整流板066、手把变压器068、打火变压器069、输出电感071依次连接；所述的绝缘栅双极型晶体管吸收板063与绝缘栅双极型晶体管模块064相连接；所述的电磁阀070通过气管与气电一体接头0115及进气孔0124相连接。所述的控制变压器054和主控制电路052相连接，为主控制电路052提供电源；所述的驱动电路053与主控制电路052、绝缘栅双极型晶体管模块064相连接，接收主控制电路052的驱动信号，同时驱动绝缘栅双极型晶体管模块064的开关。所述的主控制电路052还接受焊接过程中电路反馈的电流信号；所述的打火板055与主控制电路052和打火变压器069相连接。所述的接线端子0122与空气开关0123线连；所述的空气开关0123与接线盒060相连；所述的接线盒060与三相整流桥061及控制变压器054相连，同时还与所述的风机0121相连接。请参见附图5、附图6、附图7及附图8所示，三相380v电压通过接线端子0122进入机器，接线端子0122和空气开关0123相连接，空气开关0123与接线盒019相连接，风机0121与接线盒060相连接，三相整流桥061与接线盒060相连接，三相整流桥060将交流电源整合成直流电源；三相整流桥061与无极电容062相连，将整流出的直流电压变成较平滑的直流电压；无极电容062与绝缘栅双极型晶体管模块064相连，绝缘栅双极型晶体管模块064将直流电压逆变成交流电压，主变压器065与绝缘栅双极型晶体管模块064相连接，将高压电源进行降压，二次整流板066将经主变压器065变压后的交流电转变成焊接所需的直流电，输出电感071与主变压器065相连接，起到输出滤波和储能的作用，打火变压器069与输出电感071相连接，另一端与切割电缆线端子0112相连接，起引弧高压的作用。过流线圈，串联在主变压器065的初级，起到初级过流保护的作用。在自锁切割方式时的工作过程是按下割枪开关、提前送气、起弧、正常切割、松开割枪开关、结束切割。在非自锁切割方式时的工作过程是按下割枪开关、提前送气、气弧、正常切割、松开割枪开关、正常切割、松开割枪开关、结束切割。综上所述，本实用新型由于工作频率的大幅度提高，体积、重量大幅度减小；同时加快了电路控制响应速度，优化了切割特性；本实用新型控制简单可靠、开关损耗低、稳定性好、切割力强、切割速度快、自调节能力强、故障率低、切割电流连续可调、噪音低，有合理 的静态特性和良好的动态性能，切口狭窄、光洁、整齐，自调节能力强，切割电流连续可调。上述内容为本实用新型绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机的具体实施例的列举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
权利要求1.一种绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于包括由前盖(011)、后盖(012)、底板(013)及多个侧盖构成的箱体(01)、切割装置、设置在箱体(01)内的左散热器(02)、右散热器(03)、控制电路、工作器件、设置在后盖(012)内侧的风机(0121)、接线端子(0122)、空气开关(0123)、进气孔(0124)及设置在前盖(011)外表面上的提醒元件。
2.根据权利要求I所述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于所述的前盖(011)上还设置有“ + ”切割电缆接线端子(0111)、“-”切割电缆接线端子(0112)、引弧线接口(0113)、控制开关接口(0114)及气电一体街头(0115);控制开关接口(0114)与割枪开关相接。
3.根据权利要求I所述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于所述的箱体(01)内部还设有中层板(04)、元件板(05)及与所述的中层板(04)垂直的隔离板，所述的元件板(05)上表面设有控制单元(051);所述的控制单元(051)包括主控制电路(052)、驱动电路(053)、控制变压器(054)及打火板(055);控制变压器(054)分别与主控制电路(052 )及驱动电路(053 )连接。
4.根据权利要求I或3所述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于所述的提醒元器件包括电流表(014)、电源指示灯(015)、保护指示灯(016)、状态选择开关(017)、电流电位器(018)及延时送气电位器(019);所述的电流表(014)、电源指示灯(015)、保护指示灯(016)、状态选择开关(017)、电流电位器(018)及延时送气电位器(019)分别与主控制电路(052)的相应接口相连。
5.根据权利要求I所述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于所述的左散热器(02)上还装有热敏电阻。
6.根据权利要求3所述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于所述的工作器件包括接线盒(060)、三相整流桥(061)、无极电容(062)、绝缘栅双极型晶体管吸收板(063)、绝缘栅双极型晶体管模块(064)、主变压器(065)、二次整流板(066)、电流互感器(067)、手把变压器(068)、打火变压器(069)、电磁阀(070)及输出电感(071);所述的接线盒(060)、三相整流桥(061)、无极电容(062)设置在中层板(04)后端，所述的绝缘栅双极型晶体管模块(064)设置在左散热器(02)上，所述的绝缘栅双极型晶体管模块(064)与驱动电路(053)连接，所述的绝缘栅双极型晶体管吸收板(063)设置在左散热器(02)上，位于绝缘栅双极型晶体管模块(064)之上；所述的主变压器(065)设置于中层板(04)下方，所述的二次整流板(066 )设置在右散热器(03 )之上；所述的电流互感器(067 )串联在输出线上，与主控制电路(052)相连接，所述的手把变压器(068)设置在隔离板的右侧，所述的打火变压器(069)设置在切割电缆线端子(0112)和输出电感(071)之间，所述的电磁阀(070)设置在底板(013)的后端，所述的输出电感(071)设置于底板(013)的前端。
7.根据权利要求6所述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于所述的接线盒(060)、三相整流桥(061)、无极电容(062)、绝缘栅双极型晶体管模块(064)、主变压器(065)、二次整流板(066)、手把变压器(068)、打火变压器(069)、输出电感(071)依次连接；所述的绝缘栅双极型晶体管吸收板(063)与绝缘栅双极型晶体管模块(064)相连接；所述的电磁阀(070)通过气管与气电一体接头(0115)及进气孔(0124)相连接。
8.根据权利要求6所述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于所述的控制变压器(054)和主控制电路(052)相连接；所述的驱动电路(053)与主控制电路(052)、绝缘栅双极型晶体管模块(064 )相连接；所述的打火板(055 )与主控制电路(052 )和打火变压器(069)相连接。
9.根据权利要求6所述的绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，其特征在于所述的接线端子(0122)与空气开关(0123)线连；所述的空气开关(0123)与接线盒(060)相连；所述的接线盒(060)与三相整流桥(061)及控制变压器(054)相连，同时还与所述的风机(0121)相连接。
专利摘要一种绝缘栅双极晶体管逆变等离子切割机，包括由前盖、后盖、底板及多个侧盖构成的箱体、切割装置、设置在箱体内的左散热器、右散热器、控制电路、工作器件、设置在后盖内侧的风机、接线端子、空气开关、进气孔及设置在前盖外表面上的提醒元件。本实用新型由于工作频率的大幅度提高，体积、重量大幅度减小；同时加快了电路控制响应速度，优化了切割特性；本实用新型控制简单可靠、开关损耗低、稳定性好、切割力强、切割速度快、自调节能力强、故障率低、切割电流连续可调、噪音低，有合理的静态特性和良好的动态性能，切口狭窄、光洁、整齐，自调节能力强，切割电流连续可调。
文档编号H02M5/458GK202607061SQ20122007821
公开日2012年12月19日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者郭少朋, 张通淼 申请人:上海沪通企业集团有限公司