一種igbt模塊100a工業(yè)級等離子弧切割機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種IGBT模塊100A工業(yè)級逆變空氣等離子弧切割機(jī)，所述的離子弧切割機(jī)包括：外部的殼體部件和內(nèi)部的電路部分，內(nèi)部電路部分主要分為上、下兩層布局，上層電路部分主要為供電、輸入整流、控制板部分；其下層部分主要為整流后濾波、逆變變換、輸出整流和電流濾波、電流信號檢測和氣路控制部分；上層部分主要包括：控制變壓器、三相整流橋或橋堆、小弧控制板、高頻控制板、主控制板，這部分固定在切割機(jī)內(nèi)部中隔板上，與下層部形成隔離，各上層部分被金屬外殼和中隔板包圍，可起到隔離來自下層的大電流強(qiáng)電磁干擾，本實(shí)用型不僅體積小，而且重量輕，攜帶十分方便。
【專利說明】
一種IGBT模塊10OA工業(yè)級等離子弧切割機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種IGBT模塊100A工業(yè)級逆變空氣等離子弧切割機(jī)，包括切割機(jī)的結(jié)構(gòu)和電路，屬于逆變焊割機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]當(dāng)前，等離子切割機(jī)產(chǎn)品市場的競爭十分激烈。產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、成本有優(yōu)勢的，市場的競爭力會較高。
[0003]目前，國內(nèi)外市場上逆變式空氣等離子弧切割機(jī)的額定電流通常在30A?100A(30?60%負(fù)載持續(xù)率)之間。國內(nèi)此類切割機(jī)，很多是采用MOSFET管逆變控制技術(shù)來制作的。MOSFET管逆變切割機(jī)，需要采用很多的MOSFET管并聯(lián)來擴(kuò)大器件的電流。這就使切割機(jī)的電路板尺寸大、電路板和整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)也存在著產(chǎn)品可靠性低、制作成本高等問題。近一些年來，采用IGBT的逆變等離子切割機(jī)逐漸成為此類產(chǎn)品開發(fā)的重點(diǎn)。由于IGBT的電流等級大，不需要像MOSFET管那樣，采用多管并聯(lián)的方式來擴(kuò)大其器件的電流，因此，產(chǎn)品的可靠性得以提高。同時(shí)，這種逆變電子開關(guān)器件數(shù)量的減少可使切割機(jī)的電路板尺寸變小，電路板和整機(jī)結(jié)構(gòu)變得簡單，同時(shí)產(chǎn)品的制作成本和工藝水平也得以提高。解決了MOSFET多管并聯(lián)技術(shù)存在的諸多問題。體現(xiàn)了IGBT逆變控制技術(shù)的優(yōu)勢和發(fā)展前景。盡管IGBT逆變控制技術(shù)的等離子切割機(jī)已有不少產(chǎn)品，然而，能夠?qū)崿F(xiàn)大電流(如100A)等級、高負(fù)載持續(xù)率(60%及以上)和可靠性的產(chǎn)品還是較少的。產(chǎn)品的控制技術(shù)水平是一大障礙。不同的產(chǎn)品制造企業(yè)，由于設(shè)計(jì)水平的差異，產(chǎn)品的可靠性等性能也是存在較大差異的。
[0004]目前，MOSFET多管并聯(lián)的等離子切割機(jī)，其內(nèi)部采用上、中、下三控制板和整機(jī)布局結(jié)構(gòu)，顯得復(fù)雜和技術(shù)落后;采用IGBT逆變的切割機(jī)，有的采用單塊電路板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。有的采用二板上、下控制板和整機(jī)布局結(jié)構(gòu)。與MOSFET多管并聯(lián)的等離子切割機(jī)相比，明顯有了較大的技術(shù)進(jìn)步。但是，上述這些逆變空氣等離子切割機(jī)，受切割機(jī)電路和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功率器件散熱條件及其冷卻效果等因素的限制，使它們在較大電流輸出(如100A)時(shí)其負(fù)載持續(xù)率難以做的很大，較短的工作時(shí)間就會出現(xiàn)切割機(jī)熱保護(hù)。如不少切割機(jī)的負(fù)載持續(xù)率只有30?40%。如此短的切割時(shí)間，使不少客戶相當(dāng)不滿意。甚至很多機(jī)器就是80A、100A的額定工作電流都達(dá)不到。另外，有的IGBT逆變切割機(jī)，由于大功率器件發(fā)熱嚴(yán)重，甚至?xí)龎碾娐钒?，使電路板無法修復(fù)，造成廠家或用戶的較大經(jīng)濟(jì)損失。其次，不同的切割機(jī)產(chǎn)品，所采用的控制電路不同，產(chǎn)品的可靠性也有較大的差異性。市場上很多的切割機(jī)產(chǎn)品，由于工作可靠性差，經(jīng)常損壞，也受到了很多用戶的批評，甚至廠家失去了市場。再者，我國的切割機(jī)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量多，并且呈現(xiàn)小而分散的特點(diǎn)。由于企業(yè)的實(shí)力弱，產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量很少，沒有能力采用大量的SMT貼片器件來實(shí)現(xiàn)切割機(jī)產(chǎn)品的自動化或規(guī)?；a(chǎn)，因此，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低下，制作工藝水平往往是手工作業(yè)水平，顯得十分落后。同時(shí)，也為產(chǎn)品的不可靠埋下了質(zhì)量隱患。
[0005]雖然采用IGBT逆變控制電路構(gòu)成的空氣等離子弧切割機(jī)種類是比較多的。它們的電路和切割機(jī)內(nèi)外部結(jié)構(gòu)形式也是多種多樣的。但是，不同的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，所采用的具體電路形式和整個電路布置的方式是不同的。不僅如此，切割機(jī)的性能指標(biāo)包括輸出的電流/電壓范圍及其對應(yīng)的負(fù)載持續(xù)率、絕緣等級、溫升、制作工藝水平、產(chǎn)品的可靠性等也會表現(xiàn)出一些明顯的差距。即使是在相同的產(chǎn)品參數(shù)性能指標(biāo)下，由于具體電路及其切割機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的不同，或者所采用的電子元器件的封裝形式不同，因而電路板等元器件的裝配、焊接和檢測工藝水平、自動化程度等也會明顯不同，這就會使逆變式空氣等離子弧切割機(jī)這類電子產(chǎn)品電路板的尺寸、生產(chǎn)時(shí)安裝的方便性、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品的成本等也會顯著不同。例如，如果采用大量自動插件和SMT貼片器件的切割機(jī)，由于裝焊這些器件通常采用先進(jìn)、高效、適合于大批量自動化生產(chǎn)和檢測的設(shè)備，所以，可極大地提高電路板或電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)品的市場競爭力。
[0006]也就是說，逆變等離子切割機(jī)的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)不同，其技術(shù)參數(shù)、使用性能、生產(chǎn)效率，甚至產(chǎn)品的外觀和可靠性以及市場競爭力等是差別比較大的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種IGBT模塊100A工業(yè)級逆變空氣等離子弧切割機(jī)，采用IGBT模塊以及先進(jìn)的逆變控制技術(shù)，其額定電流/電壓為100A/120V，負(fù)載持續(xù)率不低于60%，不僅體積小，而且重量輕，攜帶十分方便的特點(diǎn);利用本實(shí)用新型所述的切割機(jī)電路板及其相應(yīng)的零部件還可形成其它系列的產(chǎn)品，擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，本實(shí)用新型切割機(jī)的電路和電路板及整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，安裝方便，故生產(chǎn)效率高、制作成本低。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種IGBT模塊100A工業(yè)級逆變空氣等離子弧切割機(jī)，其特征在于:所述的離子弧切割機(jī)包括:外部的殼體部件和內(nèi)部的電路部分，內(nèi)部電路部分主要分為上、下兩層布局，上層電路部分主要為供電、輸入整流、控制板部分;其下層部分主要為整流后濾波、逆變變換、輸出整流和電流濾波、電流信號檢測和氣路控制部分;上層部分主要包括:控制變壓器、三相整流橋或橋堆、小弧控制板、高頻控制板、主控制板，這部分固定在切割機(jī)內(nèi)部中隔板上，與下層部形成隔離，各上層部分被金屬外殼和中隔板包圍，可起到隔離來自下層的大電流強(qiáng)電磁干擾。
[0010]在本實(shí)用新型切割機(jī)的各個控制電路板上，還有大量的其它電子元器件和零部件，各個控制電路板上，只有少量尺寸大的元器件和零部件需要生產(chǎn)人員手工裝配和焊接，其它的很多SMT貼片式或插件式電子元器件，都是采用高效率的貼片機(jī)和插件機(jī)、自動焊接機(jī)和清洗機(jī)自動完成器件安裝、焊接和清洗的。因此，各個電路板的生產(chǎn)效率很高，出錯率低，制作質(zhì)量都比較高，最終可使切割機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的一次合格率很高。降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。
[0011]本實(shí)用新型切割機(jī)的各個部分之間，包括各電路板與其它的元器件或零部件之間等通過一些控制導(dǎo)線，最終形成一個完整的切割機(jī)產(chǎn)品。
[0012]本實(shí)用新型切割機(jī)的工作原理簡述如下:通電后，電源開關(guān)接通電網(wǎng)電源。相應(yīng)的控制變壓器、各控制板等電路部分帶電工作。從電網(wǎng)來的交流電，經(jīng)過整流橋整流后變?yōu)橹绷麟?。再?jīng)過電解電容的濾波，變?yōu)檩^為穩(wěn)定的直流電，供給由IGBT模塊組件(含IGBT模塊及其散熱器、濾波電容、橋臂電容等)、逆變變壓器、快速恢復(fù)二極管組件(含快速恢復(fù)二極管及其散熱器、快速恢復(fù)二極管吸收板、磁環(huán)A、磁環(huán)B、磁環(huán)C等)、濾波電感、換向電感、諧振電感等組成的逆變主電路。通過切割機(jī)前面板上的試氣檢測/切割轉(zhuǎn)換開關(guān)，可檢測切割機(jī)的氣體壓力是否正常，有沒有漏氣等現(xiàn)象。如果檢測正常，則通過該開關(guān)轉(zhuǎn)換到準(zhǔn)備切割的工作狀態(tài)。壓縮空氣的氣壓和流量可通過空氣濾清器設(shè)定。當(dāng)氣壓足夠的時(shí)候，才能使切割機(jī)進(jìn)行正常工作，防止壓縮空氣的氣壓或流量不足燒壞等離子切割槍。切割時(shí)，按壓等離子切割槍上的開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)等離子小電流的引導(dǎo)弧(簡稱小弧)點(diǎn)火，無需接觸工件。當(dāng)切割槍去切割工件時(shí)，切割槍的電極與工件間可形成大電流的切割等離子弧(簡稱主弧)，實(shí)現(xiàn)對工件的切割操作。引弧高頻需要在其控制電路板、高壓電容、高壓包、(高頻耦合)引弧線圈等作用下才能形成。逆變和切割機(jī)輸出電流參數(shù)的控制是通過電路板的控制電路、電流給定電位器、霍爾傳感器和霍爾傳感器B等來實(shí)現(xiàn)的。切割機(jī)電源的輸出外特性為垂直陡降或恒流輸出特性。該輸出特性是通過輸出電流的截止負(fù)反饋和逆變電路IGBT的PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。電流輸出的大小由電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)定?；魻杺鞲衅鲗敵鲭娏鬟M(jìn)行采樣?？蓪π』　⒅骰‰娏鞯冗M(jìn)行相應(yīng)的控制。例如，對于主弧電流控制，在電路板的控制作用下，當(dāng)檢測到的輸出電流大小超過電位器的設(shè)定值時(shí)，主控制板產(chǎn)生的PWM脈沖的寬度會減小。隨著輸出電流的微小增加，PWM脈沖寬度大幅度減小，這樣就實(shí)現(xiàn)了電流微小增加，輸出電壓快速下降，即切割機(jī)產(chǎn)生垂直陡降或恒流輸出特性。調(diào)節(jié)電位器即可調(diào)節(jié)切割機(jī)的輸出電流大小，實(shí)現(xiàn)對不同厚度工件的切割操作。關(guān)于反饋和PWM及輸出特性控制過程，以及其它的控制電路部分，可參見本說明書中相關(guān)的控制原理說明進(jìn)行了解。此外，當(dāng)切割機(jī)中主要零部件(如IGBT、變壓器)發(fā)生過熱、欠壓、過壓現(xiàn)象時(shí)，控制電路會關(guān)閉Pmi脈沖輸出，同時(shí)，切割機(jī)停止電流輸出，并使過熱、欠壓、過壓指示燈(黃色)點(diǎn)亮。對于過熱，在冷卻風(fēng)機(jī)的作用下，當(dāng)主要零部件(如IGBT散熱器)的溫度下降到一定程度后，控制電路才能產(chǎn)生HVM脈沖輸出。同時(shí)，切割機(jī)才可能有電流輸出，同時(shí)過熱指示燈(黃色)熄滅。對于欠壓、過壓，只有當(dāng)消除了這兩種現(xiàn)象后，控制電路才能允許切割機(jī)進(jìn)行正常工作。這就確保了切割機(jī)工作的可靠性。
[0013]本實(shí)用新型空氣等離子弧切割機(jī)采用先進(jìn)的逆變控制技術(shù)制成，其額定電流/電壓可達(dá)100A/120V，切割機(jī)的尺寸為570 X 275 X 482mm。重量為28kg，不僅體積小，而且重量輕，攜帶十分方便。當(dāng)然，通過切割機(jī)外形和電路布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變化，利用本實(shí)用新型所述的切割機(jī)電路板及其相應(yīng)的零部件還可形成其它系列的產(chǎn)品，擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。此夕卜，電路板制作時(shí)其電子元器件還采用了自動SMT貼片或插件、焊接先進(jìn)工藝技術(shù)。產(chǎn)品具有技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的爆炸圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型等離子弧切割機(jī)主電路部分的電路原理圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的控制板接線框圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的主控制電路原理圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的小弧控制電路原理圖；
[0019]圖6為本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的高頻引弧控制電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，一種IGBT模塊100A工業(yè)級逆變空氣等離子弧切割機(jī)的設(shè)計(jì)，主要由以下部分組成:提手1、上蓋2、上蓋螺絲3、左側(cè)板4、小弧控制板7、小弧控制板上的單管IGBT6及其散熱器5、36V/18V控制變壓器8、高頻控制板9、高頻控制板上的高壓電容10和高壓包12、中隔板11、主控制板13，主控制板13上7915穩(wěn)壓器的散熱器14、供電濾波電容15、驅(qū)動變壓器16、7815穩(wěn)壓器的散熱器17、控制變壓器18、三相整流橋或橋堆19、空氣開關(guān)21及其支架20、供電電源線22及其拉不脫23、空氣濾清器25及其支架24、冷卻風(fēng)扇防護(hù)網(wǎng)罩27、右側(cè)板28、后面板29、冷卻風(fēng)扇30、左側(cè)擋風(fēng)板31、固定散熱器絕緣板32、右側(cè)擋風(fēng)板34、橋臂電容35、IGBT模塊36、CBB濾波電容37、濾波電感38、氣管39、(小弧)電磁閥A40、IGBT模塊散熱器41、輸出整流快恢復(fù)二極管散熱器42、快恢復(fù)二極管吸收板43、磁環(huán)A44、霍爾傳感器45、磁環(huán)B46、磁環(huán)C47、濾波板48、快恢復(fù)二極管吸收板49、快恢復(fù)二極管50、濾波電解電容51、電流檢測互感器52、換向電感53、絕緣板54、逆變主變壓器55、逆變諧振電容56、引弧線圈57、霍爾傳感器B58、電抗器59、機(jī)箱底板60、假負(fù)載61、氣電一體化輸出接頭62、切割槍開關(guān)的航空插座63、小弧接線柱64、與工件連接的快速接頭65、前面板66、電流調(diào)節(jié)電位器67、檢氣開關(guān)68、欠壓/過壓(LED)指示燈69、過熱保護(hù)(LED)指示燈70、電源(LED)指示燈71、諧振電感72、熱保護(hù)器73、主弧電磁(氣)閥B74等；切割機(jī)的內(nèi)部主要分為上、下兩層布局。從電路功能來分，其上層部分主要為供電、輸入整流、控制板部分;其下層部分主要為整流后濾波、逆變變換、輸出整流和電流濾波、電流信號檢測和氣路控制等部分。
[0021]所述的上層部分，主要包括:控制變壓器18、三相整流橋或橋堆19、小弧控制板或線路板7、高頻板或高頻控制板9、主控制板13等元器件和零部件;這些部分固定在切割機(jī)的中隔板11上；與下層部形成隔離;各控制電路板位于上層部分，相當(dāng)于被金屬外殼包圍，可起到隔離來自下層的大電流強(qiáng)電磁干擾的作用。
[0022]所述的下層部分，主要包括:左側(cè)擋風(fēng)板31、固定散熱器絕緣板32、右側(cè)擋風(fēng)板34、橋臂電容35、IGBT模塊36、CBB濾波電容37、濾波電感38、氣管39、小弧電磁閥A40、IGBT模塊散熱器41、輸出整流快恢復(fù)二極管散熱器42、快恢復(fù)二極管吸收板43、磁環(huán)A44、霍爾傳感器45、磁環(huán)B46、磁環(huán)C47、濾波板48、快恢復(fù)二極管吸收板49、快恢復(fù)二極管50、濾波電解電容51、電流檢測互感器52、換向電感53、絕緣板54、逆變主變壓器55、逆變諧振電容56、引弧線圈57、霍爾傳感器B58、電抗器59、機(jī)箱底板60、假負(fù)載(61)、諧振電感72、熱保護(hù)器73、主弧電磁(氣)閥B74等部分。
[0023]切割機(jī)的前面板66上安裝的零部件主要有:等離子弧切割槍氣電一體化輸出接頭62、等離子弧切割槍開關(guān)的航空插座63、等離子弧切割槍小弧接線柱64、與工件連接的切割工件正極性輸出快速接頭座或快速接頭65、前面板66、電流調(diào)節(jié)電位器67及其旋鈕、切割/試氣轉(zhuǎn)換或檢氣開關(guān)68、欠壓/過壓(LED)指示燈69(黃色)、過熱保護(hù)(LED)指示燈70(黃色)、電源(LED)指示燈71 (白色)。
[0024]切割機(jī)的后面板29上安裝的零部件主要有:空氣開關(guān)21及其支架20、供電電源線22及其拉不脫23、空氣濾清器25及其支架24、冷卻風(fēng)扇防護(hù)網(wǎng)罩27、右側(cè)板28、冷卻風(fēng)扇30、接地保護(hù)端子及其接地標(biāo)識等部分。冷卻風(fēng)機(jī)使冷風(fēng)從切割機(jī)機(jī)箱后部的進(jìn)氣孔進(jìn)行?？墒瓜聦硬糠值囊恍┌l(fā)熱器件或零部件有良好的冷卻效果。這樣的風(fēng)道和冷卻方式設(shè)計(jì)，也是本實(shí)用新型空氣等離子弧切割機(jī)實(shí)現(xiàn)較大電流和高負(fù)載持續(xù)率的重要原因之一。
[0025]在本實(shí)用新型切割機(jī)的各個控制電路板上，還有大量的其它電子元器件和零部件。各個控制電路板上，只有少量尺寸大的元器件和零部件需要生產(chǎn)人員手工裝配和焊接。其它的很多SMT貼片式或插件式電子元器件，都是采用高效率的貼片機(jī)和插件機(jī)、自動焊接機(jī)和清洗機(jī)自動完成器件安裝、焊接和清洗的。因此，各個電路板的生產(chǎn)效率很高，出錯率低，制作質(zhì)量都比較高，最終可使切割機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的一次合格率很高。降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。
[0026]本實(shí)用新型切割機(jī)的各個部分之間，包括各電路板與其它的元器件或零部件之間等通過一些控制導(dǎo)線，依據(jù)附圖2?附圖6的各原理圖關(guān)系進(jìn)行電路之間電氣的連接，最終形成一個完整的切割機(jī)產(chǎn)品。
[0027]本實(shí)用新型切割機(jī)的工作原理簡述如下:通電后，電源開關(guān)21接通電網(wǎng)電源。相應(yīng)的控制變壓器18和8、小弧控制板7、高頻控制板9、主控制板13等電路部分帶電工作;從電網(wǎng)來的交流電，經(jīng)過整流橋19整流后變?yōu)橹绷麟?再經(jīng)過電解電容51的濾波，變?yōu)檩^為穩(wěn)定的直流電，供給由2個IGBT模塊組件含IGBT模塊及其散熱器41、濾波電容(37 )、橋臂電容36等、逆變變壓器55、快速恢復(fù)二極管組件含快速恢復(fù)二極管50及其散熱器42、快速恢復(fù)二極管吸收板43、磁環(huán)A44、磁環(huán)B46、磁環(huán)C47等、濾波電感38、換向電感53、諧振電感72等組成的逆變主電路。通過切割機(jī)前面板66上的試氣檢測/切割轉(zhuǎn)換開關(guān)68，可檢測切割機(jī)的氣體壓力是否正常，有沒有漏氣等現(xiàn)象；如果檢測正常，則通過該開關(guān)68轉(zhuǎn)換到準(zhǔn)備切割的工作狀態(tài)。壓縮空氣的氣壓和流量可通過空氣濾清器25設(shè)定。當(dāng)氣壓足夠的時(shí)候，才能使切割機(jī)進(jìn)行正常工作，防止壓縮空氣的氣壓或流量不足燒壞等離子切割槍。切割時(shí)，按壓等離子切割槍上的開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)等離子小電流的引導(dǎo)弧(簡稱小弧)點(diǎn)火，無需接觸工件。當(dāng)切割槍去切割工件時(shí)，切割槍的電極與工件間可形成大電流的切割等離子弧(簡稱主弧)，實(shí)現(xiàn)對工件的切割操作。引弧高頻需要在其控制電路板9、高壓電容10、高壓包12、(高頻耦合)引弧線圈57等作用下才能形成。逆變和切割機(jī)輸出電流參數(shù)的控制是通過電路板13的控制電路、電流給定電位器67、霍爾傳感器45和霍爾傳感器B58等來實(shí)現(xiàn)的。通過一個霍爾傳感器，獲得輸出電流控制所需要的電流負(fù)反饋控制信號Uif。通過另一個霍爾傳感器，獲得小弧與主弧轉(zhuǎn)換的控制信號。切割機(jī)電源的輸出外特性為垂直陡降或恒流輸出特性。該輸出特性是通過輸出電流的截止負(fù)反饋和逆變電路IGBT的PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。電流輸出的大小由電位器67進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)定。霍爾傳感器對輸出電流進(jìn)行采樣?？蓪π』?、主弧電流等進(jìn)行相應(yīng)的控制。例如，對于主弧電流控制，在電路板的控制作用下，當(dāng)檢測到的輸出電流大小超過電位器67的設(shè)定值時(shí)，主控制板13產(chǎn)生的PffM脈沖的寬度會減小。隨著輸出電流的微小增加，PffM脈沖寬度大幅度減小，這樣就實(shí)現(xiàn)了電流微小增加，輸出電壓快速下降，即切割機(jī)產(chǎn)生垂直陡降或恒流輸出特性。調(diào)節(jié)電位器67即可調(diào)節(jié)切割機(jī)的輸出電流大小，實(shí)現(xiàn)對不同厚度工件的切割操作。關(guān)于反饋和PWM及輸出特性控制過程，以及其它的控制電路部分，可參見本說明書中相關(guān)的控制原理說明進(jìn)行了解。此外，當(dāng)切割機(jī)中主要零部件(如IGBT、變壓器)發(fā)生過熱、欠壓、過壓現(xiàn)象時(shí)，控制電路會關(guān)閉P麗脈沖輸出，同時(shí)，切割機(jī)停止電流輸出，并使過熱、欠壓、過壓指示燈(黃色)點(diǎn)亮。對于過熱，在冷卻風(fēng)機(jī)的作用下，當(dāng)主要零部件(如IGBT散熱器)的溫度下降到一定程度后，控制電路才能產(chǎn)生PffM脈沖輸出。同時(shí)，切割機(jī)才可能有電流輸出，同時(shí)過熱指示燈(黃色)熄滅。對于欠壓、過壓，只有當(dāng)消除了這兩種現(xiàn)象后，控制電路才能允許切割機(jī)進(jìn)行正常工作。這就確保了切割機(jī)工作的可靠性。
[0028]附圖2是本實(shí)用新型等離子弧切割機(jī)主電路部分的電路原理圖。附圖3是本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的控制板接線框圖。附圖2和附圖3給出了本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的主電路和一些控制板之間的電氣連接關(guān)系圖。附圖4是本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的主控制電路原理圖。附圖5是本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的小弧控制電路原理圖。附圖6是本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的高頻引弧控制電路原理圖。附圖4?附圖6則是附圖3中一些電路板的具體電路原理圖。下面，結(jié)合本實(shí)用新型的各控制電路原理圖，對本實(shí)用新型等離子切割機(jī)的工作原理作進(jìn)一步的說明。
[0029]附圖2中，SI為控制輸入電源通斷的空氣開關(guān)21，ICI?IC3為輸入抗干擾電容。ZLQ為三相整流橋或橋堆19，1^1為控制變壓器18，？5為冷卻風(fēng)扇30;106?109為濾波電解電容51，四只IGBT由兩個IGBT模塊36構(gòu)成，L2為濾波電感38，ILl為諧振電感72，L3為換向電感。HGQ為電流環(huán)或電流互感器52，1C13為諧振電容56，1L2為輸出電抗59，T2為引弧線圈57，HE1和HE2為兩個霍爾傳感器，Tl為逆變主變壓器55，T1右邊的8個二極管代表快速恢復(fù)二極管50，實(shí)際是采用多只D100E60來實(shí)現(xiàn)，本電路部分的工作原理和一些器件的作用如下:從電網(wǎng)來的交流電，連接至LI?L3;通電后，電源開關(guān)21接通電網(wǎng)電源，L2濾波電感38可起到上電緩沖的作用，減少浪涌電流對開關(guān)等器件的沖擊電流。相應(yīng)的控制變壓器如KBI等，18和
8、冷卻風(fēng)扇FS30、控制板等電路部分帶電工作。從電網(wǎng)來的交流電經(jīng)過整流橋ZLQ19整流后變?yōu)橹绷麟?。再?jīng)過IC6?IC9電解電容51的濾波，變?yōu)檩^為穩(wěn)定的直流電，供給由兩個模塊中的IGBTl?IGBT4、橋臂電容(IClO?1C12)、逆變變壓器Tl、快速恢復(fù)二極管50、換向電感L3、諧振電感ILl等組成的全橋逆變主電路。其功能主要為:高壓直流電轉(zhuǎn)換為中頻(幾十KHz)交流電。即通過控制IGBTl?IGBT4的通斷，實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變控制。具體電路實(shí)現(xiàn)方式:在控制板產(chǎn)生的PWM脈沖寬度調(diào)制信號的控制作用下，IGBT驅(qū)動控制電路實(shí)現(xiàn)對IGBT的驅(qū)動控制，最終通過全橋逆變電路實(shí)現(xiàn)由直流到幾十KHz交流的變換。通過逆變變壓器Tl實(shí)現(xiàn)電流和電壓的變換，即逆變主變壓器Tl實(shí)現(xiàn)降壓、變流。最后，再通過輸出整流控制部分把幾十KHz交流的低壓、大電流信號整流變換為等離子切割所需要的直流，便于引弧和切害J。切割前，切割機(jī)的正極輸出端連接至工件。負(fù)極性輸出端連接至切割槍。小弧接線柱連接至切割槍的引弧連接線，實(shí)際上是連接至切割槍的噴嘴。小弧電流就是產(chǎn)生于切割槍噴嘴與切割槍鎢極之間電弧的電流。小弧的作用是便于主弧的產(chǎn)生。主弧電流則是指工件與切割槍鎢極之間形成電弧的電流。附圖2中，1R3?1R6、1C14?1C7電容布局在快速恢復(fù)二極管吸收板43上，起到保護(hù)快速恢復(fù)二極管的作用。多個磁環(huán)(如磁環(huán)A、B等)套入相應(yīng)的連接線中，起到抗干擾的作用，1L2為輸出電抗59起到對輸出電流進(jìn)行濾波的作用。HEl和HE2兩個霍爾傳感器用于檢測電流。通過HE2霍爾傳感器，獲得輸出電流控制所需要的電流負(fù)反饋控制信號Uif。通過HEl霍爾傳感器，獲得小弧與主弧轉(zhuǎn)換的控制信號。HGQ電流環(huán)或電流互感器52用于檢測逆變變壓器初級電流，用于過流保護(hù)控制，T2引弧線圈57則用于把高頻引弧控制電路產(chǎn)生的高頻高壓引入切割機(jī)的輸出回路，實(shí)現(xiàn)高頻引弧，1R9為假負(fù)載，包括引弧小板電路部分，主要是實(shí)現(xiàn)小弧控制，以及實(shí)現(xiàn)輸出抗干擾、過壓保護(hù)等。
[0030]附圖4中，右上角的Nll?N13分別為穩(wěn)壓器。它們與外圍的一些器件共同組成直流穩(wěn)壓電源電路，負(fù)責(zé)產(chǎn)生+24V、+5V、+15V、-15V電源電壓。供給相關(guān)的控制電路工作使用。直流穩(wěn)壓電源電路的交流供電電源來自KBl控制變壓器18;P -LED)為電源指示燈，安裝在焊機(jī)前面板上，當(dāng)控制電路產(chǎn)生+24V后，P-LED電源指示燈點(diǎn)亮，指示切割機(jī)帶電工作。
[0031]附圖4中，N4A運(yùn)算放大器、N7A和N7B觸發(fā)器、N6門電路、N9和NlO時(shí)基電路、Q6?Q13場效應(yīng)管、TRl和TR2驅(qū)動變壓器，以及它們周圍的好多器件組成本實(shí)用新型等離子弧切割機(jī)四只IGBT的驅(qū)動控制電路。由于UC3846芯片輸出的信號，驅(qū)動功率小，故需要經(jīng)過IGBT的驅(qū)動控制電路進(jìn)行放大，再通過驅(qū)動變壓器及其外圍的驅(qū)動電路去控制兩個模塊中4個IGBT的工作狀態(tài)。該電路的輸出端子Gl?G4、E1?E4分別連接附圖2中主電路的四只IGBT的控制端。IGBT驅(qū)動電路的輸入控制信號主要來自UC3846 PWM脈沖寬度控制芯片的AOUT和BOUT端。當(dāng)然，輸出端子Gl?G4、EI?E4控制信號還受過熱保護(hù)控制電路、欠壓、過壓保護(hù)控制電路等控制。如果沒有過流、過熱、欠壓、過壓現(xiàn)象發(fā)生，則本實(shí)用新型等離子弧切割機(jī)會根據(jù)操作和控制的需要，由UC3846芯片的AOUT和BOUT端輸出PWM脈沖寬度控制信號，通過該驅(qū)動電路，去控制逆變主電路中四只IGBT的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型等離子弧切割機(jī)小弧電流和主弧電流的控制。如果有過流、過熱、欠壓、過壓現(xiàn)象中某一現(xiàn)象發(fā)生，則附圖4的控制電路會關(guān)閉端子Gl?G4、E1?E4控制信號輸出，使IGBT停止工作。并且切割機(jī)不輸出電壓和電流。
[0032]附圖4中，UC3846芯片及其外圍器件組成的電路，是決定本實(shí)用新型等離子弧切割機(jī)輸出參數(shù)的核心電路。UC3846芯片輸出的AOUT和BOUT端輸出PWM脈沖寬度控制信號是一組方波脈沖信號。方波脈沖信號有一個固定的頻率(幾十KHz)。還有兩組脈沖信號之間有死區(qū)時(shí)間控制。這些是保障IGBT開關(guān)工作的重要參數(shù)之一。它們是通過UC3846芯片的外圍器件參數(shù)設(shè)置而確定的。至于如何確定，需要查看UC3846的相關(guān)使用資料或說明。介于篇幅的關(guān)系，這里不再重復(fù)說明。這里需要說明的是脈沖寬度調(diào)制信號是決定切割機(jī)逆變主電路輸出電壓和電流大小的信號。PWM脈沖寬度調(diào)制信號由電流給定信號和電流負(fù)反饋控制信號大小決定。當(dāng)然，正如前面所說，還與工作時(shí)有沒有過流、過熱、欠壓、過壓現(xiàn)象發(fā)生。
[0033]附圖4中，由溫度繼電器或WJ熱保護(hù)器、過熱指示燈0H_LED、Q2場效應(yīng)管、二極管(￥1、￥9、￥15、￥37)、電阻(1?11、1?100、1?13、1?41、1?53)、電容(04、066、027)組成。熱保護(hù)器或溫度繼電器WJ是常閉的。安裝在IGBT模塊散熱器上。當(dāng)IGBT模塊散熱器較低時(shí)，WJ不動作。OH-LED過熱指示燈不會點(diǎn)亮。同時(shí)，通過Vl的鉗位作用，使Q2不會動作。這樣，不會影響UC3846的PffM脈沖寬度調(diào)制信號輸出。但是，當(dāng)IGBT模塊散熱器較高時(shí)，WJ動作。OH-LED過熱指示燈(黃色，安裝在焊機(jī)前面板上)會點(diǎn)亮。+15V通過V9會使Q2動作。通過V15的鉗位作用，會關(guān)閉UC3846的PffM脈沖寬度調(diào)制信號輸出。使切割機(jī)停止輸出電流和電壓。只有當(dāng)散熱器充分冷卻后，WJ重新恢復(fù)為常閉狀態(tài)，才能使UC3846輸出P麗脈沖寬度調(diào)制信號，最終使切割機(jī)輸出電流和電壓。以上就是本實(shí)用新型切割機(jī)控制電路過熱保護(hù)控制的工作原理。
[0034]附圖4中，XSl插頭連接至逆變主電路中的HGQ電流環(huán)或電流互感器52。當(dāng)HGQ檢測到過大的電流信號時(shí)，表明逆變主電路中出現(xiàn)過流現(xiàn)象。此時(shí)，過流信號通過R29會關(guān)閉UC3846的P麗脈沖寬度調(diào)制信號輸出。使切割機(jī)停止輸出電流和電壓。只有過流現(xiàn)象消除，才能使UC3846輸出PffM脈沖寬度調(diào)制信號，最終使切割機(jī)輸出電流和電壓。以上就是本實(shí)用新型切割機(jī)控制電路過流保護(hù)控制的工作原理。
[0035]附圖4中，中間下方的N2D、N2A運(yùn)算放大器、UV-LED和0V-LED過壓/欠壓指示燈，以及它們周圍的一些電阻、電容和二極管等組成切割機(jī)的過壓/欠壓保護(hù)控制電路。N2D、N2A運(yùn)算放大器組成的電路是兩個典型的電壓比較器?；鶞?zhǔn)電壓是+5V。通過R44輸入到兩個比較器。+15V經(jīng)過R30和R42電阻分壓后輸入N2D比較器。+24V經(jīng)過R8和R21電阻分壓后輸入N2A比較器。如果出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，15V電壓會較低，N2D比較器輸出高電平，通過V7使Ql場效應(yīng)管導(dǎo)通，過壓/欠壓指示燈會點(diǎn)亮。同時(shí)，高電平信號通過V10，可關(guān)閉UC3846的PffM脈沖寬度調(diào)制信號輸出。只有欠壓現(xiàn)象消除，才能使UC3846輸出P麗脈沖寬度調(diào)制信號，最終使切割機(jī)輸出電流和電壓。類似地，如果出現(xiàn)過壓現(xiàn)象，24V電壓會較高，N2A比較器輸出高電平，通過V8使Ql場效應(yīng)管導(dǎo)通，過壓/欠壓指示燈會點(diǎn)亮。同時(shí)，高電平信號通過V12，可關(guān)閉UC3846的PWM脈沖寬度調(diào)制信號輸出。只有過壓現(xiàn)象消除，才能使UC3846輸出PTOl脈沖寬度調(diào)制信號，最終使切割機(jī)輸出電流和電壓。以上就是本實(shí)用新型切割機(jī)控制電路過壓/欠壓保護(hù)控制的工作原理。
[0036]本實(shí)用新型切割機(jī)的電弧電流，涉及小弧和主弧電流兩個方面?？刂埔彩歉髯詫?shí)現(xiàn)的。切割機(jī)前面板上的小弧接線柱，是需要連接至切割槍的引弧連接線的。實(shí)際上就是連接至切割槍的噴嘴。
[0037]附圖4中，右下角V3?V6、SA2開關(guān)等部分，是切割槍開關(guān)控制電路。通過XS6插頭連接至切割槍的手開關(guān)。其電路中開關(guān)外圍的一些電容為抗干擾電容。主要是防止干擾信號通過槍開關(guān)電路進(jìn)入其它控制電路，干擾切割機(jī)的正常工作。從圖中可以看出，如果槍開關(guān)沒有閉合，ZD2穩(wěn)壓管是不會擊穿、穩(wěn)壓的，這樣N3光耦中的二極管就不會發(fā)光。其N3-B三極管就不會導(dǎo)通。就會影響附圖4中左下角部分繼電器和電磁氣閥等電路部分的工作。
[0038]本實(shí)用新型切割機(jī)的引弧采用高頻高壓引弧方式。附圖6是高頻高壓引弧控制電路。圖中，通過CONl插頭，分別連接至XS10-U90號線)和XS10-2(68號線);通過C0N2插頭，分別連接至引弧線圈T2(實(shí)際上是一個升壓變壓器)的98號線和99號線。由于T2串聯(lián)在逆變主電路的次級整流輸出回路中，故通過Τ2，可把高頻高壓引弧控制電路產(chǎn)生的高頻高壓信號引入到切割槍中，實(shí)現(xiàn)小弧的電弧引燃。實(shí)際工作中，當(dāng)按下切割槍開關(guān)后，附圖4中左下角部分KD2-A繼電器會動作，XS10-U90號線)和XS10-2(68號線)之間會形成110VAC的交流電壓。此電壓經(jīng)過V1~V4整流變換后，獲得直流電壓。通過ZDl和SCRl的控制，可使高壓包BI的初級獲得輸入電壓。經(jīng)過BI高壓包的一次升壓作用，在BI高壓包的次級獲得更高的電壓。此電壓會對C5和C6高壓電容進(jìn)行充電。當(dāng)C5和C6兩端的電壓達(dá)到H)Q火花放電器氣隙擊穿電壓時(shí)，F(xiàn)DQ火花放電器的兩個放電器之間會形成擊穿放電現(xiàn)象。此時(shí)，C5和C6以及T2的初級之間構(gòu)成一個振蕩回路，會產(chǎn)生高頻高壓信號。該信號再經(jīng)T2升壓變壓器，可獲得更高的高頻尚壓信號。依據(jù)此電壓可擊穿切割槍噴嘴與切割槍媽極之間氣隙，同時(shí)，在輸出電流等控制電路的作用下，形成小弧電流。一旦切割槍與工件靠近，由于有小弧的存在，很容易使切割槍鎢極與工件之間形成主弧電流。小弧電流就是指產(chǎn)生于切割槍噴嘴與切割槍鎢極之間電弧的電流。小弧的作用是便于主弧的產(chǎn)生。主弧電流則是指工件與切割槍鎢極之間形成電弧的電流。小弧就是專業(yè)上指的非轉(zhuǎn)移型電弧，而主弧就是專業(yè)上指的轉(zhuǎn)移型電弧。非轉(zhuǎn)移型電弧的存在很容易形成轉(zhuǎn)移型電弧。這就為切割過程的正常進(jìn)行創(chuàng)造了條件。
[0039]附圖4中，N14芯片⑶4053是多路電子控制轉(zhuǎn)換開關(guān)。切割機(jī)的控制電路帶電工作后，其默認(rèn)狀態(tài)是:N14芯片的14腳與12腳連通;15腳與2腳連通;4腳與5腳連通。其11腳為低電平。從附圖4中可以看到，當(dāng)14腳與12腳連通時(shí)，+15V通過R81可以對C38電容充電，使其儲存電能。4腳與5腳連通時(shí)，+ 15V通過R81可使V37和V38 二極管導(dǎo)通。當(dāng)V37導(dǎo)通后，Q2場效應(yīng)管導(dǎo)通，于是，通過V15 二極管的箝位作用，關(guān)閉UC3846的PffM脈沖寬度調(diào)制信號輸出。這樣，切割機(jī)不會有輸出電壓。當(dāng)V38導(dǎo)通后，“77”點(diǎn)是高電平，附圖5中，NlD運(yùn)算放大器將輸出高電平，A945三極管將截止;NlA運(yùn)算放大器將輸出低電平，后級TLP光耦器件中二極管不會發(fā)光，后級Ql和Q2 IGBT也不會導(dǎo)通，這樣Xl與X2之間就不會短接。由于沒有按下切割槍開關(guān)，自然電磁氣閥和高頻引弧等都不會動作，因此，也不會形成小弧電流。但是，當(dāng)連接好氣源、氣路，并按下切割槍開關(guān)后，情況就會完全不同了。
[0040]當(dāng)按下切割槍開關(guān)SA2，ZD2穩(wěn)壓管會擊穿、穩(wěn)壓，這樣N3光耦中的二極管就會發(fā)光。其內(nèi)部的三極管(見附圖4中左下角)N3-B導(dǎo)通。而附圖4中N5光耦中的二極管，有+24V就會發(fā)光。因此，其內(nèi)部的三極管(見附圖4中左下角)N5-B也是導(dǎo)通的J3-B和N5-B導(dǎo)通后，+15V高電平信號，通過R55，一方面，使N14芯片的11腳由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，N14芯片的14腳與13腳連通;N14芯片的4腳與3腳連通，Q15場效應(yīng)管導(dǎo)通，繼電器KD2-A動作，KD2-B和KD2-C閉合，110VAC電壓通過XS10-1和XS10-2輸入到高頻引弧控制電路，最終產(chǎn)生高頻高壓引弧。另一方面，通過V18使場效應(yīng)管Q14導(dǎo)通，繼電器KDl-A動作，其觸頭KDl-B和KDl-C(見附圖4右上角)閉合，使電磁氣閥DF2-2動作。有壓縮空氣進(jìn)入到切割槍中，為產(chǎn)生小弧創(chuàng)造好條件。同時(shí)，V37截止，由于沒有過熱現(xiàn)象發(fā)生，V9也是截止的。這樣，Q2場效應(yīng)管也截止或不導(dǎo)通。于是，V15也不導(dǎo)通，UC3846將產(chǎn)生P麗脈沖寬度調(diào)制信號輸出。這樣，切割機(jī)就會有輸出。V38不導(dǎo)通，“77”點(diǎn)是低電平，D3和D8也不導(dǎo)通。附圖5中，NlD運(yùn)算放大器將輸出低電平，A945三極管將有集電極電流;NlA運(yùn)算放大器將輸出高電平，后級TLP光耦器件中二極管會發(fā)光，后級Ql和Q2 IGBT不會導(dǎo)通，這樣Xl與X2之間就會短接。在高頻引弧等控制電路作用下，也就會形成小弧電流。
[0041 ] 附圖5是小弧控制板電路原理圖。圖中，直流穩(wěn)壓電源電路由KB2控制變壓器、ZL整流橋、N3(7815)和N2(7915)三端穩(wěn)壓器及其外圍的很多電容組成。其作用是產(chǎn)生+15V和-15V直流電壓，供給控制電路和器件工作使用。N1A、N1B、N1C是三個電壓比較器;NlD是電壓跟隨器。它們都是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路。“83”點(diǎn)接至HEl主弧霍爾傳感器的采樣信號。有主弧電流形成時(shí)，該傳感器才能檢測到電流信號?！?1”接至附圖4中RPl電流調(diào)節(jié)電位器的中點(diǎn)?！?7”和“78”點(diǎn)分別接至附圖4中左下角電磁氣閥控制電路部分。“77”點(diǎn)電平，受控于附圖4的左下角等部分電路。當(dāng)V38二極管導(dǎo)通時(shí)，“77”點(diǎn)為高電平；當(dāng)V38二極管不導(dǎo)通或截止時(shí)，“77”點(diǎn)為低電平?！?8”點(diǎn)電平，受控于附圖5中NlB運(yùn)算放大器的輸出。當(dāng)NlB運(yùn)算放大器輸出高電平時(shí)，“78”點(diǎn)為高電平。NlC輸出低電平，D6不導(dǎo)通?？墒垢綀D4中左下角電路中Q5三極管導(dǎo)通。同時(shí)，使Q4場效應(yīng)管截止，繼電器KD3-A不動作，KD3-C不閉合，電磁閥DF2-3不動作。這種情況，是切割機(jī)主弧沒有形成時(shí)的情況，也就是HEl主弧霍爾傳感器沒有檢測到電流信號或“83”點(diǎn)電平為低電平的情況。反之，當(dāng)主弧形成時(shí)，HEl主弧霍爾傳感器立即就可以檢測到電流信號，于是，“83”點(diǎn)電平由低電平轉(zhuǎn)換為高一些的電平，使NlB運(yùn)算放大器輸出低電平。NlC輸出高電平，D6導(dǎo)通。NlD也輸出高電平，A945截止?！?1”點(diǎn)電位完全由附圖4中的RPl輸出電流調(diào)節(jié)電位器決定。同時(shí)，“78”點(diǎn)為低電平?？墒垢綀D4中左下角電路中Q5三極管不導(dǎo)通或截止。同時(shí)，使Q4場效應(yīng)管導(dǎo)通，繼電器KD3-A動作，KD3-C閉合，電磁閥DF2-3動作。
[0042]當(dāng)主弧形成時(shí)，由于NlB運(yùn)算放大器輸出低電平，同時(shí)，附圖4中N14(⑶4053)的5腳電平轉(zhuǎn)換為低電平，V37和V38二極管都截止或不導(dǎo)通，“77”點(diǎn)電平為低電平，D3和D8是截止的，因此，NlA運(yùn)算放大器輸出低電平。后級TLP光耦器件中二極管不會發(fā)光，后級Ql和Q2IGBT也會截止或不導(dǎo)通，Xl與X2之間就不會短接。這樣小弧就會被自動切斷。
[0043]附圖4中，RPl是切割機(jī)的電流調(diào)節(jié)電位器。VRl和VR2是切割機(jī)輸出主弧電流的校正調(diào)節(jié)電位器。RPl電位器的中點(diǎn)還與附圖5中小弧控制電路中的“41”點(diǎn)進(jìn)行連接。當(dāng)附圖5中的A945截止時(shí)，所控制的輸出電流為主弧電流；當(dāng)附圖5中的A945沒有截止時(shí)，所控制的輸出電流為小弧電流。即“41”點(diǎn)電位的作用是:與附圖5中的VRl等電路配合，共同控制切割機(jī)輸出電流為小弧時(shí)的電流。NlD運(yùn)算放大器及其外圍器件組成的電路為PI控制電路。是本控制板上的切割機(jī)輸出參數(shù)反饋控制的核心電路之一。由附圖4可見，RPl電流調(diào)節(jié)電位器給出的Ug電流給定信號通過R5、N1A組成的同步跟隨器等輸入到PI運(yùn)算放大器的輸入一端。HE2霍爾傳感器，是檢測小弧和主弧電流的傳感器。檢測到的“45A”點(diǎn)信號為切割機(jī)輸出電流控制負(fù)反饋Ufi信號。它(主弧沒有形成時(shí))可能是小弧的，也可能是主弧的(主弧形成時(shí))。電流負(fù)反饋Ufi信號再通過NlB運(yùn)算放大器等組成的電路輸入到NlD運(yùn)算放大器及其外圍器件組成的PI(比例積分)控制電路的輸入端，與電流給定信號(可能是小弧電流給定信號，也可能是主弧電流給定Ug信號)進(jìn)行比較。之后，比較后的差值信號，經(jīng)過PI(比例和積分)控制電路環(huán)節(jié)，NlD運(yùn)算放大器輸出的Uk控制信號決定著UC3846芯片輸出的HVM脈沖信號的時(shí)間寬度或占空比，決定切割機(jī)輸出電流和電壓的大小，實(shí)現(xiàn)輸出電流參數(shù)的準(zhǔn)確控制。當(dāng)切割電流給定信號不變時(shí)，隨著切割機(jī)電路檢測到的電流增加，并且，達(dá)到給定的設(shè)定值后，切割電流給定信號與電流負(fù)反饋控制信號的差值會隨電流增加而減小，通過PI控制后，使切割機(jī)輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比減小，切割機(jī)的輸出電壓降低。這一過程，也就是所謂的電流截止負(fù)反饋控制。即只有當(dāng)電流達(dá)到電流電位器的設(shè)定值后才起作用的反饋控制。此后，隨著電流微小的增加，電壓降低會很多。當(dāng)電壓下降到一定數(shù)值以下時(shí)，隨著電壓的降低，控制電路可使切割機(jī)輸出PWM芯片的脈沖寬度或占空比基本不變，使切割電流按照設(shè)定的參數(shù)保持穩(wěn)定，最終形成恒流的下降特性。當(dāng)切割電流給定信號變化時(shí)，電流截止負(fù)反饋設(shè)定值不同，但其它的控制過程是類似的。這樣，在電位器設(shè)定的最小和最大給定信號之間，就可獲得無數(shù)條下降特性曲線?；蛘哒f，當(dāng)電流給定信號和電流負(fù)反饋Ufi信號發(fā)生變化時(shí)，就會使PWM脈沖信號的時(shí)間寬度發(fā)生改變，最終通過全橋逆變主電路，實(shí)現(xiàn)切割機(jī)輸出電壓和電流的變化，以滿足空氣等離子弧切割的小弧或主弧電流控制，或輸出特性控制的要求。關(guān)于電流的反饋和PWM及輸出特性控制過程，可參見其它相關(guān)的控制原理說明作進(jìn)一步的了解。實(shí)際測試結(jié)果表明:本實(shí)用新型切割機(jī)，小弧電流大約為25A-30A(安培)。主弧電流可達(dá)10A。
[0044]以上是本實(shí)用新型切割機(jī)各個電路板部分的簡要控制過程說明。由于本實(shí)用新型已經(jīng)給出了附圖1?附圖6的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路原理圖，因此，對于有逆變切割機(jī)結(jié)構(gòu)和電路閱讀能力(或具備相關(guān)知識)的人來說，是完全可以讀懂的。電路圖就是一種無聲的語言。但是，對于沒有電路閱讀能力(或不具備相關(guān)電路知識)的人來說，即使解釋的再多，他們也是難以理解的。鑒于篇幅的關(guān)系，本文只能闡述主要的部分，以使讀者能夠更好地理解相關(guān)的工作原理和過程。
[0045]通過上述說明可見，本實(shí)用新型有自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路和方法。不僅實(shí)現(xiàn)了切割機(jī)的輸出、氣路等控制，而且，所設(shè)計(jì)的控制電路，包括它們的電路板和相互之間的連接關(guān)系，以及切割機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是使本實(shí)用新型切割機(jī)產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制性能良好的根本原因所在，也是滿足產(chǎn)品高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造工藝技術(shù)先進(jìn)性的重要保障。本實(shí)用新型專利申請保護(hù)的內(nèi)容就在于保護(hù)這種切割機(jī)的結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)。
[0046]此外，本實(shí)用新型不僅采用了先進(jìn)的逆變控制技術(shù)，而且還采用了大量的SMT貼片和插件生產(chǎn)等先進(jìn)技術(shù)和制作工藝，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、成本低、生產(chǎn)效率高、制造技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn);通過改變不同模塊的配置規(guī)格和參數(shù)，即可改變切割機(jī)的輸出電流或功率及負(fù)載持續(xù)率的大小，容易形成符合國家和國際標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品。例如，制成90A、80A等電流等級的切割機(jī)產(chǎn)品。
[0047]良好的電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本實(shí)用新型的優(yōu)勢所在，也是滿足高效和低成本生產(chǎn)、高可靠性、制造技術(shù)先進(jìn)性的重要保障。本實(shí)用新型專利申請保護(hù)的內(nèi)容就在于保護(hù)這種切割機(jī)的結(jié)構(gòu)。
[0048]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的切割機(jī)結(jié)構(gòu)和電路板及控制功能對本實(shí)用新型所作的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只限于這些說明。對本實(shí)用新型所述技術(shù)領(lǐng)域的其他技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演和替換，這些都應(yīng)該視為屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種IGBT模塊10A工業(yè)級逆變空氣等離子弧切割機(jī)，其特征在于:所述的離子弧切割機(jī)包括:外部的殼體部件和內(nèi)部的電路部分，內(nèi)部電路部分主要分為上、下兩層布局，上層電路部分主要為供電、輸入整流、控制板部分;其下層部分主要為整流后濾波、逆變變換、輸出整流和電流濾波、電流信號檢測和氣路控制部分;上層部分主要包括:控制變壓器、三相整流橋或橋堆、小弧控制板、高頻控制板、主控制板，這部分固定在切割機(jī)內(nèi)部中隔板上，與下層部形成隔離，各上層部分被金屬外殼和中隔板包圍，可起到隔離來自下層的大電流強(qiáng)電磁干擾。2.如權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊100A工業(yè)級逆變空氣等離子弧切割機(jī)，其特征在于:所述的下層電路部分主要包括:左側(cè)擋風(fēng)板、固定散熱器絕緣板、右側(cè)擋風(fēng)板、橋臂電容、IGBT模塊、CBB濾波電容、濾波電感、氣管、電磁閥A、IGBT模塊散熱器、輸出整流快恢復(fù)二極管散熱器、快恢復(fù)二極管吸收板、磁環(huán)A、霍爾傳感器、磁環(huán)B、磁環(huán)C、濾波板、快恢復(fù)二極管吸收板、快恢復(fù)二極管、濾波電解電容、電流檢測互感器、換向電感、絕緣板、逆變主變壓器、逆變諧振電容、引弧線圈、霍爾傳感器B、電抗器、機(jī)箱底板、假負(fù)載、諧振電感、熱保護(hù)器、電磁閥B部分;所述的殼體部分的后面板上有:空氣開關(guān)及其支架、空氣濾清器、冷卻風(fēng)扇防護(hù)網(wǎng)罩、冷卻風(fēng)扇，冷卻風(fēng)機(jī)使冷風(fēng)從切割機(jī)機(jī)箱后部的進(jìn)氣孔進(jìn)行，可使下層電路部分的一些發(fā)熱器件或零部件有良好的冷卻效果。
【文檔編號】B23K10/00GK205464760SQ201620032742
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月14日
【發(fā)明人】蔡獻(xiàn), 魏繼昆, 朱宣輝, 陳法慶, 朱宣東
【申請人】浙江肯得機(jī)電股份有限公司