一种带超级电容的等离子切割机电源电路的制作方法

本实用新型涉及一种等离子切割机的电源电路，尤其涉及一种带超级电容的等离子切割机电源电路。属于等离子切割技术领域。

背景技术：

等离子切割机启动的基本原理：首先，起弧生成高频高压信号，施加在喷嘴和电极之间，击穿空气，产生电弧；然后，弧转移电路将电弧转移至工件和电极之间；弧转移成功之后，控制系统切断起弧电路，并加大输出电流，大电流使电弧能量急剧升高，熔断钢板。目前，常见的等离子切割电源电路如图1所示。

目前，现有技术存在下面的问题：

1、在进行高频引弧时，高频高压信号就是干扰源，该干扰会顺着电源线传导到等离子电源输入口，进而进入电网或者进入自身控制系统，严重时影响控制系统的正常运行；

2、引弧电路负载为非线性，会在电源输入口产生丰富的谐波，影响电网质量。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种带超级电容的等离子切割机电源电路，减少起弧时高频高压起弧信号引起的传导干扰，减少起弧时电源输入口的谐波含量。

本实用新型涉及解决上述问题所采用的技术方案为：一种带超级电容的等离子切割机电源电路，包括电源主回路、控制系统、弧转移电路和起弧电路，其中电源主回路包括与电网连接的输入接触器con1，所述输入接触器con1的输出端与三相工频降压变压器t1的输入端相连，所述三相工频降压变压器t1的输出端与三相不控整流桥d1相连，在所述三相不控整流桥d1的输出端上并联有母线电容c1和母线放电电阻r1，在所述母线放电电阻r1的两端并联有超级电容c2，在所述母线放电电阻r1的两端连接有相互串联的igbt1和续流二极管d2，在所述续流二极管d2的正极和负极分别连接有电流传感器cs1和滤波电抗l1，所述电流传感器cs1和滤波电抗l1分别与电极和工件相连，在所述输入接触器con1的输入端连接有开关电源，所述开关电源的输出端与控制系统相连，提供控制电源，所述控制系统的接触器控制信号端与输入接触器con1的驱动线圈相连，所述控制系统的起弧控制信号输出端与起弧电路相连，所述起弧电路的输入端连接弧转移电路，输出端与喷嘴相连，所述弧转移电路的输入端与滤波电抗l1的一端相连。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型在等离子电源在起弧工作阶段，超级电容使电网与起弧电路隔离，切断了高频干扰的传导路径，明显降低了高频干扰对系统的影响，提高系统运行稳定性；

2、该电路也明显降低了电源的谐波含量。

附图说明

图1为现有等离子切割机电源电路的结构示意图。

图2为本实用新型实施例一种带超级电容的等离子切割机电源电路的结构示意图。

图3为本实用新型实施例中的弧转移电路的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图2所示，本实施例中的一种带超级电容的等离子切割机电源电路，包括与380vac电网连接的输入接触器con1，con1为输入接触器，是一种可控的开关器件，控制系统发出控制信号对其通断进行控制，典型的控制信号电压为48vdc或220vac；所述输入接触器con1的输出端与三相变压器t1的输入端相连，t1为三相工频降压变压器，将市电380vac转变为220vac，一来实现电气隔离，二来降低后级器件的电压应力；所述三相工频降压变压器t1的输出端与三相不控整流桥d1相连，d1为三相不控整流桥，可采用现成的三相整流桥模块，该模块的额定电压和电流根据负载功率来确定。比如，对于负载40kw的切割机电源，可采用semikron品牌的skd160/18；在所述三相不控整流桥d1的输出端上并联有母线电容c1和母线放电电阻r1，c1为母线电容，一般为大容值的电解电容，其作用是稳定三相不控整流桥输出的直流电压；r1为母线放电电阻，当系统待机或关机时，母线电容上的电压可以通过该电阻进行放电，否则容易发生触电危险；在所述母线放电电阻r1的两端并联有超级电容c2，在所述母线放电电阻r1的两端连接有相互串联的igbt1和续流二极管d2，在所述续流二极管d2的正极和负极分别连接有电流传感器cs1和滤波电抗l1，所述电流传感器cs1和滤波电抗l1分别与电极和工件相连，igbt1为igbt模块，l1为滤波电抗，d2为续流二极管，这几个部件组成buck电路，控制系统发出pwm脉冲对igbt进行控制，igbt导通时l1充电，igbt关断时l1放电。通过采集输出电压(工件和电极之间电压)，反馈控制，实现稳定的直流电压或电流输出；在所述输入接触器con1的输入端连接有开关电源，所述开关电源的输出端与控制系统相连，提供控制电源。

作为控制系统的接触器控制信号端与输入接触器con1的驱动线圈相连，用于控制输入接触器con1开关，所述控制系统的起弧控制信号输出端与起弧电路相连，起弧电路为目前常规的电路结构，在这里就不做赘述，所述起弧电路的输入端连接有弧转移电路，输出端与喷嘴相连，所述弧转移电路的输入端与滤波电抗l1的一端相连，如图3所示为一个简单的弧转移电路，为行业内通用电路，其中r2为弧转移电阻，其阻值一般为1～5ω，igbt2为igbt，控制r2的接入和切除。该电路在起弧阶段igbt2导通，“弧转移电路-起弧电路-喷嘴-电极”组成的电流支路导通，喷嘴和电极之间产生电流，产生电弧，但是由于弧转移电阻的存在，该电流很容易转移至“工件-电极”所在的电流支路。当控制系统检测到工件电流(cs1)大于一定值时(15～30a)，igbt2关断，电流完全切换到“工件-电极”所在的电流支路，实现弧转移。

借用超级电容，实现引弧和切割两种工作电路的切换。

阶段1：输入接触器con1断开，此时工作电路与电网是断开的。超级电容为充满电状态，其能量足以提供等离子切割机起弧和弧转移所需的能量。

阶段2：控制系统发出起弧控制信号，并检测工件电流，当工件电流小于15a时(表明弧未完全转移)，继续发出起弧控制信号；当工件电流大于15a时(表明弧转移成功)，停止起弧控制信号并断开起弧电路。

阶段3：检测超级电容电压，如果高于300v，说明超级电容电量充足，则电流继续上升；如果低于300v，说明电量不足，此时闭合输入接触器con1，将三相电接入系统。

采用这种方法，在起弧阶段，电网与高频起弧电路隔离，降低了高频干扰对系统的影响，同时也不存在谐波的问题。而在正常工作阶段，由于没有了起弧过程，系统干扰相对较低。

除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

技术特征：

1.一种带超级电容的等离子切割机电源电路，包括电源主回路、控制系统，弧转移电路和起弧电路，其特征在于：电源主回路包括与电网连接的输入接触器con1，所述输入接触器con1的输出端与三相工频降压变压器t1的输入端相连，所述三相工频降压变压器t1的输出端与三相不控整流桥d1相连，在所述三相不控整流桥d1的输出端上并联有母线电容c1和母线放电电阻r1，在所述母线放电电阻r1的两端并联有超级电容c2，在所述母线放电电阻r1的两端连接有相互串联的igbt1和续流二极管d2，在所述续流二极管d2的正极和负极分别连接有电流传感器cs1和滤波电抗l1，所述电流传感器cs1和滤波电抗l1分别与电极和工件相连，在所述输入接触器con1的输入端连接有开关电源，所述开关电源的输出端与控制系统相连，提供控制电源，所述控制系统的接触器控制信号端与输入接触器con1的驱动线圈相连，所述控制系统的起弧控制信号输出端与起弧电路相连，所述起弧电路的输入端连接弧转移电路，输出端与喷嘴相连，所述弧转移电路的输入端与滤波电抗l1的一端相连。

技术总结
本实用新型涉及一种带超级电容的等离子切割机电源电路，包括输入接触器CON1，输入接触器CON1的输出端依次连接有三相变压器T1、三相不控整流桥D1，在三相不控整流桥D1上并联有母线电容C1和母线放电电阻R1，在母线放电电阻R1的两端并联有超级电容C2，在母线放电电阻R1的两端连接有IGBT1和续流二极管D2，在续流二极管D2的两端分别连接有电流传感器CS1和滤波电抗L1，电流传感器CS1和滤波电抗L1分别与电极和工件相连，在输入接触器CON1的输入端连接有开关电源，开关电源的输出端与控制系统相连，控制系统与输入接触器CON1的驱动线圈相连，控制系统的输出端与起弧电路相连，起弧电路连接弧转移电路，输出端与喷嘴相连，弧转移电路与滤波电抗L1的一端相连。

技术研发人员：马红星;董诗阳;唐厚君;杨喜军;谢伟新;韩永馗;方万;孟祥群;田威
受保护的技术使用者：江阴市六和智能设备有限公司
技术研发日：2019.06.22
技术公布日：2020.04.07