絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的製作方法

2023-06-04 21:16:11 3

專利名稱：絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種等離子切割機，具體涉及一種絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機。
背景技術：
目前的等離子切割機絕大多數為可控矽(SRC)的工頻整流的電源。由於可控矽的開關頻率為50-60HZ，所以主變壓器非常大和重。由U=4. 44NBSf公式(其中U表示變壓器的輸入電壓，N為繞制匝數，S為變壓器的鐵芯截面積，f為輸入電壓的頻率，B為鐵芯的磁感應強度)。可知U、B和N不變的情況下，f增大，則S減小。工頻為50Hz，而絕緣柵雙極電晶體的開關頻率為20000Hz，可見其它條件相同的情況下，絕緣柵雙極電晶體的逆變電源的主變壓器可以比工頻整流的主變壓器小400倍左右。可見這種工頻整流電源耗材、耗電、體 積大、重量重。逆變技術用於切割電源已近二十來年，當初是可控矽(SCR)逆變。由於逆變頻率不高使得體積大、重量重、成本高，現已停止生產。現有工業級的切割電源幾乎都採用絕緣柵雙極型電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor簡稱IGBT)逆變,採用傳統的硬開關，成熟的硬開關電源技術能夠將電源開關工作過程中所產生的開關損耗降到最低，其簡單的控制電路便於設計和操作。鑑於上述問題，本實用新型公開了一種絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機。其具有如下文所述之技術特徵，以解決現有的問題。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，它先將單相220V或三相380V交流電整流濾波變換成310V或540V左右直流電，採用PWM (脈寬調製)技術，由絕緣柵雙極型電晶體將其轉換為約20KHz的高頻脈衝交流電，再通過高頻切割變壓器降壓和整流、濾波，變換成符合切割工藝要求的直流電。本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的目的是通過以下技術方案實現的一種絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，包括由前蓋、後蓋、底板及多個側蓋構成的箱體、切割裝置、設置在箱體內的左散熱器、右散熱器、控制電路、工作器件、設置在後蓋內側的風機、接線端子、空氣開關、進氣孔及設置在前蓋外表面上的提醒元件。上述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其中，所述的前蓋上還設置有「 + 」切割電纜接線端子、切割電纜接線端子、引弧線接口、控制開關接口及氣電一體接頭；控制開關接口與割槍開關相接。上述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其中，所述的箱體內部還設有中層板、元件板及與所述的中層板垂直的隔離板，所述的元件板上表面設有控制單元；所述的控制單元包括主控制電路、驅動電路、控制變壓器及打火板；控制變壓器分別與主控制電路及驅動電路連接。[0009]上述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其中，所述的提醒元器件包括電流表、電源指示燈、保護指示燈、狀態選擇開關、電流電位器及延時送氣電位器；所述的電流表、電源指示燈、保護指示燈、狀態選擇開關、電流電位器及延時送氣電位器分別與主控制電路的相應接口相連。上述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其中，所述的左散熱器上還裝有熱敏電阻。上述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其中，所述的工作器件包括接線盒、三相整流橋、無極電容、絕緣柵雙極型電晶體吸收板、絕緣柵雙極型電晶體模塊、主變壓器、二次整流板、電流互感器、手把變壓器、打火變壓器、電磁閥及輸出電感；所述的接線盒、三相整流橋、無極電容設置在中層板後端，所述的絕緣柵雙極型電晶體模塊設置在左散熱器上，所述的絕緣柵雙極型電晶體模塊與驅動電路連接，所述的絕緣柵雙極型電晶體吸收板設置在左散熱器上，位於絕緣柵雙極型電晶體模塊之上；所述的主變壓器設置於中層板下方，所述的二次整流板設置在右散熱器之上；所述的電流互感器串聯在輸出線上，與主控制電路相連接，所述的手把變壓器設置在隔離板的右側，所述的打火變壓器設置在切割電 纜線端子和輸出電感之間，所述的電磁閥設置在底板的後端，所述的輸出電感設置於底板的前端。上述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其中，所述的接線盒、三相整流橋、無極電容、絕緣柵雙極型電晶體模塊、主變壓器、二次整流板、手把變壓器、打火變壓器、輸出電感依次連接；所述的絕緣柵雙極型電晶體吸收板與絕緣柵雙極型電晶體模塊相連接；所述的電磁閥通過氣管與氣電一體接頭及進氣孔相連接。上述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其中，所述的控制變壓器和主控制電路相連接；所述的驅動電路與主控制電路、絕緣柵雙極型電晶體模塊相連接；所述的打火板與主控制電路和打火變壓器相連接。上述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其中，所述的接線端子與空氣開關線連；所述的空氣開關與接線盒相連；所述的接線盒與三相整流橋及控制變壓器相連，同時還與所述的風機相連接。本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機由於採用了上述方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果I、本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機由於工作頻率的大幅度提高，體積、重量大幅度減小；同時加快了電路控制響應速度，優化了切割特性。2、本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機控制簡單可靠、開關損耗低、穩定性好、切割力強、切割速度快、自調節能力強、故障率低、切割電流連續可調、噪音低，有合理的靜態特性和良好的動態性能，切口狹窄、光潔、整齊，自調節能力強，切割電流連續可調。以下，將通過具體的實施例做進一步的說明，然而實施例僅是本實用新型可選實施方式的舉例，其所公開的特徵僅用於說明及闡述本實用新型的技術方案，並不用於限定本實用新型的保護範圍。

[0019]為了更好的理解本實用新型，可參照本說明書援引的以供參考的附圖，附圖中圖I是本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的主視圖。圖2是本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的後視圖。圖3是本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的右視圖。圖4是本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的左視圖。圖5是本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的結構框圖。圖6是本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的電路原理圖。圖7是本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機自鎖切割方式的過程圖。 圖8是本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機非自鎖切割方式的過程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的說明請參見附圖I及附圖2所示，本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機包括由前蓋011、後蓋012、底板013及多個側蓋構成的箱體OI、切割裝置、設置在箱體OI內的左散熱器02、右散熱器03、控制電路、工作器件、設置在後蓋012內側的風機0121、接線端子0122、空氣開關0123、進氣孔0124、設置在前蓋011外表面上的提醒元件。前蓋011上還設置有「 + 」切割電纜接線端子0111、「-」切割電纜接線端子0112、引弧線接口 0113、控制開關接口 0114及氣電一體街頭0115 」切割電纜線端子0111用於接切割槍電纜和切割電纜線端子0112通過輸出電纜外接工件；控制開關接口 0114與割槍開關相接，引弧線接口 0113為切割弧提供一個小電流的接口。請參見附圖3及附圖4所示，所述的箱體01內還設有中層板04、元件板05及隔離板，所述的元件板05上表面設有控制單元051，所述的控制單元051包括主控制電路052、驅動電路053、控制變壓器054及打火板055 ;控制變壓器054分別與主控制電路052及驅動電路053連接。風機0121起對發熱器件進行強迫風冷的作用；空氣開關0123用於當發生嚴重過載或短路時跳閘。主控制電路052由切割電流、電流反饋、過熱保護等電路組成，它的作用是隨給定電流的大小來精確控制輸出電流的大小，也就是隨焊接電流給定值的大小來確定送入驅動電路053的電壓信號的大小，並受限於電流反饋的大小，當電流反饋值大於焊接電流給定值時，則無信號輸出，另外還有對整個切割過程進行邏輯控制的作用。控制變壓器054為主控制電路052提供所需的電源。所述的提醒元器件包括電流表014、電源指示燈015、保護指示燈016、狀態選擇開關017、電流電位器018及延時送氣電位器019。所述的電流表014、電源指示燈015、保護指示燈016、狀態選擇開關017、電流電位器018及延時送氣電位器019分別與主控制電路052的相應接口相連。電流表014顯示切割電流大小。電源指示燈015在焊機通電時，則此燈亮。所述的狀態選擇開關017包括「自鎖」和「非自鎖」兩種狀態；狀態選擇開關017置於「非自鎖」時，按槍切割槍開關則切割，鬆開則停止切割；置於「自鎖」時，第一次按切割槍開關和鬆開切割槍開關則可正常切割，當再次按切割槍開關時則停止切割；電流電位器017隨著電位器向右角度加大，則切割機的輸出電流也加大。在左散熱器02上還裝有熱敏電阻，當左散熱器02的溫度達到一定值的時，熱敏電阻則將信號傳遞到主控制電路052，主控制電路052則控制保護指示燈016亮，同時停止切割機的切割工作。所述的工作器件包括接線盒060、三相整流橋061、無極電容062、絕緣柵雙極型電晶體吸收板063、絕緣柵雙極型電晶體模塊064、主變壓器065、二次整流板066、電流互感器067、手把變壓器068、打火變壓器069、電磁閥070及輸出電感071 ;所述的接線盒060、三相整流橋061、無極電容062設置在中層板04後端，接線盒060用於增加電源輸入的支路，三相整流橋061把三相交流電壓轉變成直流電壓，無極電容062將整流電壓變成較平滑的直流電壓；所述的絕緣柵雙極型電晶體模塊064設置在左散熱器02上，用於把上述整流輸出的直流電壓轉換成中頻矩形脈衝電壓，這個轉換過程稱為逆變；所述的絕緣柵雙極型電晶體吸收板063設置在左散熱器02上，位於絕緣柵雙極型電晶體模塊064之上；所述的主變壓器065設置於中層板04下方，將經絕緣柵雙極型電晶體模塊064逆變後的高壓電流降壓為低壓電流，它的鐵芯採用納米晶材料，與鐵氧體比，它具有飽和磁感應強度Bm高，損耗·低，磁導率高，熱穩定性好等優點，它的初、次級線圈採用多股漆包線並聯；所述的二次整流板066設置在右散熱器03之上；所述的電流互感器067串聯在輸出線上，與主控制電路052相連接，為電路提供電流反饋信號；所述的手把變壓器068設置在隔離板的右側，相當於手把開關的作用；所述的打火變壓器069設置在切割電纜線端子0112和輸出電感071之間，為切割提供必要的引弧高壓；所述的電磁閥070設置在底板013的後端，為切割機工作提供所需的壓縮空氣；所述的輸出電感071設置於底板013的前端，起到濾波和儲能的作用。絕緣柵雙極型電晶體模塊064與驅動電路053連接，並向其傳輸「過流限制」信號；驅動電路053隨主控制電路052來的信號大小去控制絕緣柵雙極型電晶體模塊064的觸發脈衝寬度，從而控制絕緣柵雙極型電晶體模塊064的導通寬度來調節輸出電流的大小。所述的接線盒060、三相整流橋061、無極電容062、絕緣柵雙極型電晶體模塊064、主變壓器065、二次整流板066、手把變壓器068、打火變壓器069、輸出電感071依次連接；所述的絕緣柵雙極型電晶體吸收板063與絕緣柵雙極型電晶體模塊064相連接；所述的電磁閥070通過氣管與氣電一體接頭0115及進氣孔0124相連接。所述的控制變壓器054和主控制電路052相連接，為主控制電路052提供電源；所述的驅動電路053與主控制電路052、絕緣柵雙極型電晶體模塊064相連接，接收主控制電路052的驅動信號，同時驅動絕緣柵雙極型電晶體模塊064的開關。所述的主控制電路052還接受焊接過程中電路反饋的電流信號；所述的打火板055與主控制電路052和打火變壓器069相連接。所述的接線端子0122與空氣開關0123線連；所述的空氣開關0123與接線盒060相連；所述的接線盒060與三相整流橋061及控制變壓器054相連，同時還與所述的風機0121相連接。請參見附圖5、附圖6、附圖7及附圖8所示，三相380v電壓通過接線端子0122進入機器，接線端子0122和空氣開關0123相連接，空氣開關0123與接線盒019相連接，風機0121與接線盒060相連接，三相整流橋061與接線盒060相連接，三相整流橋060將交流電源整合成直流電源；三相整流橋061與無極電容062相連，將整流出的直流電壓變成較平滑的直流電壓；無極電容062與絕緣柵雙極型電晶體模塊064相連，絕緣柵雙極型電晶體模塊064將直流電壓逆變成交流電壓，主變壓器065與絕緣柵雙極型電晶體模塊064相連接，將高壓電源進行降壓，二次整流板066將經主變壓器065變壓後的交流電轉變成焊接所需的直流電，輸出電感071與主變壓器065相連接，起到輸出濾波和儲能的作用，打火變壓器069與輸出電感071相連接，另一端與切割電纜線端子0112相連接，起引弧高壓的作用。過流線圈，串聯在主變壓器065的初級，起到初級過流保護的作用。在自鎖切割方式時的工作過程是按下割槍開關、提前送氣、起弧、正常切割、鬆開割槍開關、結束切割。在非自鎖切割方式時的工作過程是按下割槍開關、提前送氣、氣弧、正常切割、鬆開割槍開關、正常切割、鬆開割槍開關、結束切割。綜上所述，本實用新型由於工作頻率的大幅度提高，體積、重量大幅度減小；同時加快了電路控制響應速度，優化了切割特性；本實用新型控制簡單可靠、開關損耗低、穩定性好、切割力強、切割速度快、自調節能力強、故障率低、切割電流連續可調、噪音低，有合理 的靜態特性和良好的動態性能，切口狹窄、光潔、整齊，自調節能力強，切割電流連續可調。上述內容為本實用新型絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機的具體實施例的列舉，對於其中未詳盡描述的設備和結構，應當理解為採取本領域已有的通用設備及通用方法來予以實施。
權利要求1.一種絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於包括由前蓋(011)、後蓋(012)、底板(013)及多個側蓋構成的箱體(01)、切割裝置、設置在箱體(01)內的左散熱器(02)、右散熱器(03)、控制電路、工作器件、設置在後蓋(012)內側的風機(0121)、接線端子(0122)、空氣開關(0123)、進氣孔(0124)及設置在前蓋(011)外表面上的提醒元件。
2.根據權利要求I所述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於所述的前蓋(011)上還設置有「 + 」切割電纜接線端子(0111)、「-」切割電纜接線端子(0112)、引弧線接口(0113)、控制開關接口(0114)及氣電一體街頭(0115);控制開關接口(0114)與割槍開關相接。
3.根據權利要求I所述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於所述的箱體(01)內部還設有中層板(04)、元件板(05)及與所述的中層板(04)垂直的隔離板，所述的元件板(05)上表面設有控制單元(051);所述的控制單元(051)包括主控制電路(052)、驅動電路(053)、控制變壓器(054)及打火板(055);控制變壓器(054)分別與主控制電路(052 )及驅動電路(053 )連接。
4.根據權利要求I或3所述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於所述的提醒元器件包括電流表(014)、電源指示燈(015)、保護指示燈(016)、狀態選擇開關(017)、電流電位器(018)及延時送氣電位器(019);所述的電流表(014)、電源指示燈(015)、保護指示燈(016)、狀態選擇開關(017)、電流電位器(018)及延時送氣電位器(019)分別與主控制電路(052)的相應接口相連。
5.根據權利要求I所述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於所述的左散熱器(02)上還裝有熱敏電阻。
6.根據權利要求3所述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於所述的工作器件包括接線盒(060)、三相整流橋(061)、無極電容(062)、絕緣柵雙極型電晶體吸收板(063)、絕緣柵雙極型電晶體模塊(064)、主變壓器(065)、二次整流板(066)、電流互感器(067)、手把變壓器(068)、打火變壓器(069)、電磁閥(070)及輸出電感(071);所述的接線盒(060)、三相整流橋(061)、無極電容(062)設置在中層板(04)後端，所述的絕緣柵雙極型電晶體模塊(064)設置在左散熱器(02)上，所述的絕緣柵雙極型電晶體模塊(064)與驅動電路(053)連接，所述的絕緣柵雙極型電晶體吸收板(063)設置在左散熱器(02)上，位於絕緣柵雙極型電晶體模塊(064)之上；所述的主變壓器(065)設置於中層板(04)下方，所述的二次整流板(066 )設置在右散熱器(03 )之上；所述的電流互感器(067 )串聯在輸出線上，與主控制電路(052)相連接，所述的手把變壓器(068)設置在隔離板的右側，所述的打火變壓器(069)設置在切割電纜線端子(0112)和輸出電感(071)之間，所述的電磁閥(070)設置在底板(013)的後端，所述的輸出電感(071)設置於底板(013)的前端。
7.根據權利要求6所述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於所述的接線盒(060)、三相整流橋(061)、無極電容(062)、絕緣柵雙極型電晶體模塊(064)、主變壓器(065)、二次整流板(066)、手把變壓器(068)、打火變壓器(069)、輸出電感(071)依次連接；所述的絕緣柵雙極型電晶體吸收板(063)與絕緣柵雙極型電晶體模塊(064)相連接；所述的電磁閥(070)通過氣管與氣電一體接頭(0115)及進氣孔(0124)相連接。
8.根據權利要求6所述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於所述的控制變壓器(054)和主控制電路(052)相連接；所述的驅動電路(053)與主控制電路(052)、絕緣柵雙極型電晶體模塊(064 )相連接；所述的打火板(055 )與主控制電路(052 )和打火變壓器(069)相連接。
9.根據權利要求6所述的絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，其特徵在於所述的接線端子(0122)與空氣開關(0123)線連；所述的空氣開關(0123)與接線盒(060)相連；所述的接線盒(060)與三相整流橋(061)及控制變壓器(054)相連，同時還與所述的風機(0121)相連接。
專利摘要一種絕緣柵雙極電晶體逆變等離子切割機，包括由前蓋、後蓋、底板及多個側蓋構成的箱體、切割裝置、設置在箱體內的左散熱器、右散熱器、控制電路、工作器件、設置在後蓋內側的風機、接線端子、空氣開關、進氣孔及設置在前蓋外表面上的提醒元件。本實用新型由於工作頻率的大幅度提高，體積、重量大幅度減小；同時加快了電路控制響應速度，優化了切割特性；本實用新型控制簡單可靠、開關損耗低、穩定性好、切割力強、切割速度快、自調節能力強、故障率低、切割電流連續可調、噪音低，有合理的靜態特性和良好的動態性能，切口狹窄、光潔、整齊，自調節能力強，切割電流連續可調。
文檔編號H02M5/458GK202607061SQ20122007821
公開日2012年12月19日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者郭少朋, 張通淼 申請人:上海滬通企業集團有限公司