CN102126075A - 一种由单管igbt控制的前导弧电路 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种由单管IGBT控制的前导弧电路，属于一种控制电路，具体应用于非高频等离子切割机在起弧时的控制。前导弧电路一般需要完成两个功能，一是喷嘴与电源正端的通断控制；二是限制喷嘴与电极针短路瞬间的大电流，传统的前导弧电路一般采用继电器和限流电阻来实现上述功能。本发明的目的是要克服现有前导弧电路存在的不足，用一只单管IGBT代替继电器和限流电阻来实现前导弧电路需要完成的两个功能，具有前导弧持续性好、性能稳定可靠、成本低、体积小等特点。
Description
技术领域
本发明一种由单管IGBT控制的前导弧电路，属于一种控制电路，具体应用于非高频等离子切割机在起弧时的控制。
背景技术
等离子切割机的起弧方式经历了高频接触式、高频转移弧式、非高频转移弧式几个阶段，其中，非高频转移弧式是目前比较新颖的一种方法，虽然具有起弧成功率高、对系统的干扰小、安全可靠等优点，但存在的主要问题是前导弧持续时间短。
前导弧电路一般需要完成两个功能，一是喷嘴与电源正端的通断控制；二是限制喷嘴与电极针短路瞬间的大电流，因此，前导弧电路通常由开关和限流电路两部分组成。
请参阅图示1所示，传统的前导弧电路一般采用继电器和限流电阻来实现上述两种功能。采用继电器来控制前导弧的通断，继电器是机械式的开关，通过触点的位置改变来实现通断，这会产生毫秒级的延时，这个延时时间很容易引起由主弧切换到前导弧时的断弧现象，同时，毫秒级的延时也会引起由前导弧切换到主弧时有较大的电流流过喷嘴，对喷嘴的使用寿命也会有很大的影响。采用限流电阻限流，存在体积大、成本高、散热不良等问题。传统的切割机为了限制电流的峰值，选择的电阻一般在1欧姆以上，若按引导弧电流12安来算(引弧电流小了，引弧成功率低，一般要在12安以上)，则需要144瓦的电阻，选用如此大功率的限流电阻，成本要在20元之上，体积较大，且不能长时间连续工作，否则需要增加比较大的散热系统，结构复杂。
发明内容
本发明的目的是要克服现有前导弧电路存在的不足，提供一种由单管IGBT控制的前导弧电路，用一只单管IGBT代替继电器和限流电阻来实现前导弧电路需要完成的两个功能，从而有效解决因继电器控制前导弧通断所产生的断弧问题、因限流电阻所造成体积大、成本高、散热难的问题。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明一种由单管IGBT控制的前导弧电路，特点是：在保持传统电路不变的情况下，使用一只单管IGBT，替换掉传统电路中的继电器和限流电阻。
作为本发明的一种优选方案，利用三极管、光电耦合器、两个互补三极管对单管进行控制，从而使单管IGBT的栅极能在高电平和低电平之间转换，使单管IGBT在工作时具有开关状态，从而完成继电器的功能。
作为本发明的另一种优选方案，使用单管IGBT，其自身本来具有内阻，可以实现限流的功能。其特征在于：只需要在单管IGBT内增加一个散热片，即可实现散热功能，从而可以实现连续喷弧的功能。
与现有技术相比，本发明的显著特点是：采用一只单管IGBT代替继电器和限流电阻，具有前导弧持续性好、性能稳定可靠、成本低、体积小等特点。成本上，一只单管IGBT和散热片的成本要低于继电器和限流电阻的成本；结构上，单管IGBT的体积是继电器和限流电阻的1/10，很好的节约了整机的空间，非常适合用于便携式切割机的电路系统中。散热方面，因省去了限流电阻的器件，也就省去了复杂的散热系统环节，对于单管IGBT，只需要提供一个散热片，则足以完成良好的散热功能，不会引起断弧现象。
附图说明
图1为传统的前导弧电路控制图
图2为本发明一种由单管IGBT控制的前导弧电路图
图3为本发明一种由单管IGBT控制的前导弧电路之整机与割枪的连接示意图
图4为本发明一种由单管IGBT控制的前导弧电路之切割工件状态示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施方式，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施方式，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。
在本实施例中，请参阅图示1和图示2所示，图示1为传统的前导弧电路控制图，由继电器和限流电阻来实现前导弧电路的两个功能。图示2为本发明一种由单管IGBT控制的前导弧电路图，与图示1的区别在于连接在OUT+和前导弧之间的继电器与限流电阻用一只单管IGBT(Q001)所取代。将此电路应用在CUT-12D型等离子切割机中，当前导弧控制端为高时，三极管集电极Q106被拉低，这时光电耦合器U108内部发光二极管导通，使得光电耦合器U108的内部的光敏三极管集电极与发射极的电阻减小，+15V电源通过光电耦合器U108内部的光敏三极管，再经过电阻R132，加到三极管Q103的基极，使得三极管Q103的集电极与发射极导通，从而使得单管IGBT(Q001)的栅极变为高电平，单管IGBT(Q001)的集电极与发射极导通，从而使得OUT+与前导弧连通，前导弧形成。当前导弧控制端的信号变低时，恰好与上述情况相反，单管IGBT(Q001)关断，前导弧被关断。图中的R135、D108用于前导弧指示。
在本实施例中，单管IGBT(Q001)开通有几百纳秒的延时，在这个过程中，单管IGBT(Q001)的电阻是逐渐减小的，所以在开通的瞬间，单管IGBT(Q001)的集电极与发射极之间有比较大的电阻，可以有效的抑制瞬态冲击，起到了限流电阻的目的。在主弧切换到前导弧时，几百纳秒的延时不会引起断弧现象，性能稳定可靠。
在本实施例中，请参阅图示3所示，图示3为本发明一种由单管IGBT控制的前导弧电路之整机与割枪的连接示意图，同样以在CUT-12D型等离子切割机中实施为例，当割枪开关按下后，OUT+端经过前导弧电路与切割机的前导弧输出端接通，再接到割枪的喷嘴，而切割机的OUT-端接到割枪的电极针，这样就等效于有电压加到割枪的喷嘴与电极之间，而在按枪开关之前喷嘴与电极针是处于短路状态，在按割枪开关之后，电压形成之后，就会在喷嘴与电极针之间形成电流，接下来气体将喷嘴与电极针吹开，这时就会在喷嘴与电极之间形成小弧。
在本实施例中，请参阅图示4所示，图示4为本发明一种由单管IGBT控制的前导弧电路之切割工件状态示意图。同样以在CUT-12D型等离子切割机中实施为例，当前导弧形成之后，把喷嘴靠近直接连接电源正端OUT+的工件上，电极针与工件间便形成能量更大的电弧，即主弧，通过前导弧电路，喷嘴与电源正端OUT+的连接被断开，前导弧被切断，开始切割。
Claims (3)
1.一种由单管IGBT控制的前导弧电路，属于一种控制电路，具体应用于非高频等离子切割机在起弧时的控制。其特征在于使用一只单管IGBT代替继电器和限流电阻来实现前导弧的通断控制功能和限流电阻功能。
2.根据权利要求1所述的单管IGBT，其特征在于：由三极管、光电耦合器、两个互补三极管进行控制，从而使单管IGBT的栅极能在高电平和低电平之间转换，使单管IGBT在工作时具有开关状态，从而完成继电器的功能。
3.根据权利要求1所述的单管IGBT，其特征在于：单管IGBT自身本来具有内阻，可以实现限流的功能，而单管IGBT自身有增加一个散热片，即可实现散热功能，从而可以实现连续喷弧的功能。
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