[实用新型]一种绝缘栅双极型晶体管逆变空气等离子切割机

说明书

本实用新型涉及一种绝缘栅双极型晶体管（即IGBT管）等离子弧切割机，属金属焊割设备。

空气等离子弧切割机是仅用电和压缩空气便能实现大多数金属材料切割的设备。可对目前绝大部分金属及非金属材料进行直线、曲线的快速熔化切割。为使空气等离子弧切割机向体小、量轻、高性能、节能、高可靠性方向发展，目前国际上大力推广和采用逆变电源技术。其技术主要体现在：采用脉冲宽度调制即PWM调制电源输出功率及所需输出特性；采用达林顿晶体管、晶体管、场效应管等电子器件作为逆变开关器件；采用半桥式、全桥式作为主要变换结构。上述的逆变控制还存在一系列技术难点：

1、由于局限于PWM调制方式，其最大的特点就是强制逆变，即为实现逆变过程，必须强迫通断每一个逆变开关器件。因而不可避免地对开关器件本身以至整个电源系统造成瞬时的电压和电流冲击，开关应力很大。由此造成开关损耗大；开关电流、电压瞬态冲击大；需要可靠的吸收保护电路，以保证系统的正常工作；逆变频率难于提高，难于在大或超大功率逆变电源上可靠的应用。中国专利90221541.8《绝缘栅型双极性晶体管弧焊逆变器》就是如此。

2、采用晶体管逆变或达林顿管逆变，其开关速度慢，开关损耗大，但其通态损耗小；而采用场效应管作逆变开关器件，其开关速度快，损耗小，但其通态损耗大，大功率输出时尤其突出。

3、采用半桥式逆变，其输出功率范围有限；采用全桥逆变又存在逆变平衡、直通、开关器件多且保护需完善可靠等一系列难点，不改变强迫逆变控制手段时更突出。此外，空气等离子切割机还需要可靠的、小型或微型化的、系统抗引弧和其他干扰性能强、程序控制合理的引弧装置，为此如何设置一系列保护措施以保证机器的正常工作呢？

本实用新型的目的是提供一种IGBT管逆变空气等离子弧切割机，以克服上述现有技术的缺陷或解决上述难题。该机采用脉冲宽度调制与零电流关断、零电压开通谐振逆变控制技术（即PWM－ZCC／ZVC），以达到：

1、大幅度减小强迫通断桥式逆变电路中开关器件的通断损耗；改善逆变电路次级整流器件（主要是快速恢复二极管）的工作条件，使整流导通与截止转换损耗减小；彻底消除逆变桥中开关管关断时产生的电压反激，减弱开通瞬间的电流尖峰和电压振荡，不需任何瞬态吸收保护，桥式逆变电路简单明了；由于保留PWM调制，使系统调节简单实用，使逆变过程效率得以进一步提高，体积重量进一步减小，实现逆变电源大或超大功率输出并具备理想的恒流特性。

2、采用吸收了晶体管、场效应管的优点、克服其缺点的IGBT管作为开关器件，使逆变结构和工作电路简化，可靠性增加，体积和重量进一步减小。

3、合理地解决PWM调制、ZCC控制和ZVC控制三者之间的约束关系，使系统能在切割或焊接等负载动态变化极大的场合（如空载、负载、短路变化）正常工作。

4、解决引弧器小型化、轻量化及电路系统抗干扰能力差的问题。并合理地设置多重保护环节，使该机能正常可靠运行。

附图1为本实用新型电路原理图；

附图2 为本实用新型主控电路即脉冲宽度调制与零电流零电压谐振开关联合控制逆变PWM－ZCC／ZVC主电路原理框图；

附图3为本实用新型零电流零电压ZCC／ZVC驱动电路原理图；

附图4为本实用新型引弧电路原理图。