專利名稱：等離子切割機(jī)逆變電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型與采用IGBT器件實(shí)現(xiàn)變頻的切割電源有關(guān)，IGBT是絕 緣柵雙極晶體管，是一個(gè)高頻開關(guān)器件。
技術(shù)背景
等離子弧切割這種方法要達(dá)到的目標(biāo)是"快速、高效、精細(xì)"這六 個(gè)字，所謂"快速"就是在適當(dāng)?shù)牟牧虾穸葍?nèi)，其切割速度為火焰切割
的數(shù)倍；所謂"高效"就是切割工件變形小，不需二次加工；所謂"精 細(xì)"就是尺寸精度和表面質(zhì)量達(dá)到激光切割的下限。要達(dá)到"快速、高 效"前提必須是大容量的切割電源；要達(dá)到"精細(xì)"則必須是電流波形 平滑，外特性很陡，調(diào)節(jié)精細(xì)的切割電源。目前，國產(chǎn)可線性調(diào)節(jié)的等 離子弧切割機(jī)的電源實(shí)際上已形成一個(gè)統(tǒng)一的格局，那就是200A以下 使用逆變電源，200A以上使用晶閘管整流電源，250A以上的IGBT逆 變切割電源在目前國內(nèi)外仍是缺項(xiàng)，能配數(shù)控機(jī)床的大功率IGBT逆變 切割電源更是一片空白?，F(xiàn)有的1GBT逆變切割電源不能解決三相電源 換相時(shí)因缺相帶來的對電源濾波環(huán)節(jié)的影響，主變壓器次級采用耐高壓 快恢復(fù)整流二極管降壓成本高，二極管使用壽命短。已有的等離子切割 機(jī)逆變電源工作可靠性差，控制性能差，工作電流在200A以下，耗能 高，切割效果差。 實(shí)用新型內(nèi)容-
本實(shí)用新型的目的是提供一種控制性能好，工作可靠性高，工率大， 耗能低，切割效果好的等離子切割機(jī)逆變電源。 本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型等離子切割機(jī)逆變電源，控制及缺相電路l的輸入端與 三相電源連接，兩輸出端與第一驅(qū)動(dòng)電路2和第二驅(qū)動(dòng)電路3的兩輸入 端連接，第一變壓器Tl的第一初線線圈與第一過流傳感器串連后與第 一逆變器的兩輸出端連接，第一變壓器的第二初級線圈與第二過流傳感 器串連后與第二逆變器的兩輸出連接，第一、二逆變器的輸入端與三相整流器的二輸出端連接，三相整流器的三輸入端與三相電源連接，第一、
二驅(qū)動(dòng)電路分別與第一、二逆變器連接，第一變壓器Tl的次級線圈為 兩個(gè)低壓線圈，兩個(gè)低壓線圈分別整流濾波后串聯(lián)，輸出端與切割槍連 接。
控制及缺相電路由缺相電路和控制電路組成，所述缺相電路由二極 管V1—V8和光藕合器N1—N3，電容C18—C20構(gòu)成，電容C18—C20與 光藕合器N1—N3連接，與運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接，運(yùn)算放大器的 正輸入端與可調(diào)電源連接，運(yùn)算放大器的輸出端與光藕合器N4的輸入 連接，光藕合器N4的輸出與控制電路連接，控制電路的輸出與驅(qū)動(dòng)電 路連接。
三相電源與第二變壓器T2的初級線圈連接，第二變壓器的次級線 圈與切割槍按鈕電路連接，與穩(wěn)壓電路的輸入連接，穩(wěn)壓電路的輸出與 控制及缺相電路、驅(qū)動(dòng)電路連接。
本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 缺相電路通過三相電源換相時(shí)取出瞬時(shí)值進(jìn)行放大控制，解 決了普通電源及晶閘管至今未解決的因缺相帶來對電源濾波環(huán)節(jié)的影 響；
2、 主變壓器初級分兩組獨(dú)立的軟開關(guān)逆變器同時(shí)提供原邊能量， 通過Ll、 L2過流傳感器，使得兩個(gè)逆變器傳輸?shù)哪芰客耆嗟炔恢劣?br> "單邊"，從而很經(jīng)濟(jì)地解決超大功率原邊能量變換的傳輸。單臺大功 率變換器不但成本很高，主要是整個(gè)電流調(diào)節(jié)范圍內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)"軟開關(guān)" 電源，特別是功率大產(chǎn)生的振蕩尖峰極高，電源的可靠性與節(jié)能難以實(shí) 現(xiàn)。
3、 主變壓器副邊的解決方案對于目前國外高耐壓(1200V以上) 快恢復(fù)整流二極管管壓降及成本較高，加上逆變整流的特點(diǎn)高壓、高 速整流，因沖擊大尖峰很高，耗損很大，對管子的要求很高，基于上述 情況，本實(shí)用新型的線路將副邊繞組同樣分設(shè)兩組低壓線圈，先進(jìn)行低 壓整流濾波后串聯(lián)輸出，由于低壓管的開關(guān)損耗及通態(tài)管壓降均比高壓 的低得多，加上低壓整流尖峰降低約2/3，大大減輕整流管兩端尖峰吸 收器件的壓力，從而保證其可靠性。
4、 軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行逆變則幾乎消除了 IGBT的逆變時(shí)的開關(guān)峰值， 大大緩解了關(guān)鍵器件IGBT的電壓應(yīng)力，同硬開關(guān)比較，又進(jìn)一步提高了整機(jī)的效率及可靠性，特別在大功率切割電源中，表現(xiàn)得更加突出明 顯，同普通增強(qiáng)漏磁式切割電源及可控硅切割電源相比，其節(jié)電效率提
高近20%!
5、 逆變大功率切割電源，其逆變頻率為20KHz，其電源整流后的紋 波是晶閘管整流的紋波的1/66，電流平滑加上逆變特性陡降，容易實(shí)現(xiàn) 高質(zhì)量、高速度切割效果。
6、 采用電流表指示電流，容易獲得精準(zhǔn)的切割電流值及最佳的切 割效果。


圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖2為控制及缺相電路原理圖。
圖3為第一驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
圖4為第二驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
圖5為切割槍按鈕電路原理圖。
圖6為穩(wěn)壓電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的主變壓器T1的初級線圈N1、N2分別與過流傳感器L1、 L2串聯(lián)后各與一個(gè)逆變器連接，逆變器與三相整流器和驅(qū)動(dòng)電路連接， 過流傳感器L1、 L2與驅(qū)動(dòng)電路連接，驅(qū)動(dòng)電路與控制及缺相電路連接， 三相整流器與空氣開關(guān)、三相電源連接，三相電源與副變壓器T2的初 級連接，T2的次極與驅(qū)動(dòng)電路、控制及缺相電路連接。
控制及缺相電路由缺相電路和控制電路組成缺相電路的工作原理 如下
三相電源A、 B、 C相通過R4、 R5、 R6降壓后進(jìn)入圖2的橋式整流 回路，當(dāng)A、 B、 C三相電源換相時(shí)，C18、 C19、 C20分別取出微分信號， 經(jīng)C21濾波構(gòu)成電壓Ua;通過調(diào)整RP3使Ua電壓大于同相輸入端設(shè)定 電壓，則運(yùn)放輸出為"零"。當(dāng)A、 B、 C三相輸入電源任缺一相時(shí)，換 相時(shí)產(chǎn)生的微分信號的平均值降低1/3,因而運(yùn)放翻轉(zhuǎn)，輸入出為"+E" 光藕N4導(dǎo)通，將電源給定信號鉗位為"0"而輸出極小電流不能工作， 同時(shí)缺相指示燈亮。 控制電路原理
比較電路由比較放大器N5—3、電阻R35、 R34構(gòu)成。給定電路由Vll、 V30、 RP5、 R31、 R33、 RP7構(gòu)成，給定信號U704 由RP5中心點(diǎn)取出進(jìn)入比較放大同相端，反饋電路由R36、 R36B、 R37、 R38、 R39、 VH、 V15及N5—4構(gòu)成。電流指示電路由R32、 RP6、電流 表構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)RP6則能校正實(shí)際電流。未工作時(shí)，繼電器K5的K5 一2將比較放大器N5—3輸入出的U207鎖零，無輸出。切割工作時(shí)，按 割槍開關(guān)AN后，氣閥接通，預(yù)通氣；繼電器K1吸合，K3吸合，C23充 電約1秒后，K4吸合，K4一2、 K3—2將+E與R27、 R28接通，K5吸合，K5 一2開零。U207輸出使脈寬驅(qū)動(dòng)電路工作。當(dāng)松開AN時(shí)K1、 K3、 K5斷 開。K4延時(shí)幾秒斷開(即氣體延時(shí))后完畢。 驅(qū)動(dòng)電路工作原理
驅(qū)動(dòng)電路(1)主要由脈寬調(diào)制器UC3879—1及驅(qū)動(dòng)放大電路A、 B 構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)放大電路A主要由V28、 V29、 V30、 V31、 R49、 R50、 R51、 R52、 R53及脈沖變壓器T3構(gòu)成第一組軟開關(guān)電源的前臂驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)放 大電路B主要由V32、 V33、 V34、 V35、 R54、 R55、 R56、 R57、 R58及脈 沖變壓器T4構(gòu)成第一組軟開關(guān)電源的后臂驅(qū)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)電路(2)主要由脈寬調(diào)制器UC3879—2及驅(qū)動(dòng)放大電路C、 D 構(gòu)成。其原理與驅(qū)動(dòng)電路(1)完全相同。下面按驅(qū)動(dòng)電路(1)進(jìn)行簡 述其原理在附圖二中，比較放大后的給定信號U207作用UC3879的輸 入端后，即UC3879有OUTA、 0UTB、 0UTC、 0UTD四路輸出相應(yīng)的脈寬調(diào) 制信號；0UTA與0UTB為兩路相位完全反相的方波信號；0UTC與0UTD 控制驅(qū)動(dòng)放大電路A時(shí)，則V28、 V31與V29、 V30輪流導(dǎo)通，則脈沖變 壓器T3分別感應(yīng)出兩路大電流的交流方波信號，Gl、 E1及G2、 E2。此 兩路信號直接驅(qū)動(dòng)第一組軟開關(guān)變頻器的前臂上下IGBT管。當(dāng)0UTC與 0UTD控制驅(qū)動(dòng)放大電路B時(shí)，則V32、 V33與V35、 V34輪流導(dǎo)通;則脈 沖變壓器T4分別感應(yīng)出兩路大電流的方波信號G3、 E3與G4、 E4;此兩 路信號直接驅(qū)動(dòng)第一組軟開關(guān)變頻器后臂的上下IGBT管。這樣大功率 IGBT，G1、 G4管與G3、 G2管輪流導(dǎo)能，即第一組軟開關(guān)的原邊線圈實(shí)現(xiàn) 變頻。
切割槍按鈕工作原理
切割槍按鈕電路主要由整流二極管V21、 V22、 V23，繼電器K1，氣
閥Y，切割檢氣開關(guān)及切割槍按鈕AN組成。當(dāng)切割檢氣開關(guān)置于檢氣位 時(shí)，氣閥接通，有氣體流出，當(dāng)切割檢氣開關(guān)置于切割位置時(shí)，氣閥斷開。當(dāng)按下切割槍按鈕AN時(shí)，經(jīng)V21、 V22整流的電路通過V23接通氣 閥，氣體流出。形成預(yù)通氣。同時(shí)將K1接通，Kl接通后，控制電路中 的C23充電后K4吸合，觸點(diǎn)K4—l接通氣閥，有氣體流出，開始工作。 穩(wěn)壓電路工作原理簡述
穩(wěn)壓電路主要由整流管V17、 V18、 V19、 V20,穩(wěn)壓集成塊7815組 成。兩相輸入經(jīng)二極管V17、 V18、 V19、 V20整流后經(jīng)過穩(wěn)壓集成塊7815 穩(wěn)壓后輸出控制所需的電壓+E。
權(quán)利要求1、等離子切割機(jī)逆變電源，其特征在于控制及缺相電路(1)的輸入端與三相電源連接，兩輸出端與第一驅(qū)動(dòng)電路(2)和第二驅(qū)動(dòng)電路(3)的兩輸入端連接，第一變壓器T1的第一初線線圈與第一過流傳感器串連后與第一逆變器的兩輸出端連接，第一變壓器的第二初級線圈與第二過流傳感器串連后與第二逆變器的兩輸出連接，第一、二逆變器的輸入端與三相整流器的二輸出端連接，三相整流器的三輸入端與三相電源連接，第一、二驅(qū)動(dòng)電路分別與第一、二逆變器連接，第一變壓器T1的次級線圈為兩個(gè)低壓線圈，兩個(gè)低壓線圈分別整流濾波后串聯(lián)，輸出端與切割槍連接，所述第一、二逆變器為絕緣柵雙極晶體管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變電源，其特征在于控制及缺相電路由缺相電路和控制電路組成，所述缺相電路由二極管V1—V8和光藕合器N1—N3，電容C18—C20構(gòu)成，電容C18—C20與光藕合器N1—N3連接，與運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接，運(yùn)算放大器的正輸入端與可調(diào)電源連接，運(yùn)算放大器的輸出端與光藕合器N4的輸入連接，光藕合器N4的輸出與控制電路連接，控制電路的輸出與驅(qū)動(dòng)電路連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變電源，其特征在于控制及缺相電路與電流表連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變電源，其特征在于三相電源與第二變壓器T2的初級線圈連接，第二變壓器的次級線圈與切割槍按鈕電路連接，與穩(wěn)壓電路的輸入連接，穩(wěn)壓電路的輸出與控制及缺相電路、驅(qū)動(dòng)電路連接。
專利摘要本實(shí)用新型為等離子切割機(jī)逆變電源，解決已有逆變電源功率小，成本高，工作可靠性差，耗能多的問題?？刂萍叭毕嚯娐?1)的輸入端與三相電源連接，兩輸出端與第一驅(qū)動(dòng)電路(2)和第二驅(qū)動(dòng)電路(3)的兩輸入端連接，第一變壓器T1的第一初級線圈與第一過流傳感器串連后與第一逆變器的兩輸出端連接，第一變壓器的第二初級線圈與第二過流傳感器串連后與第二逆變器的兩輸出連接，第一、二逆變器的輸入端與三相整流器的二輸出端連接，三相整流器的三輸入端與三相電源連接，第一、二驅(qū)動(dòng)電路分別與第一、二逆變器連接，第一變壓器T1的次級線圈為兩個(gè)低壓線圈，兩個(gè)低壓線圈分別整流濾波后串聯(lián)，輸出端與切割槍連接。
文檔編號H02M7/525GK201266893SQ20082006500
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
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