陈世和，陈志勇，孙凌翔，李劲松
南华大学电气工程学院，湖南衡阳421001
摘要：对数字式空气等离子焊割机的电源进行了设计，主要包括主电路、可控式整流电路、单片机控制电路的硬件和软件设计，并首次将单片机技术应用于等离子焊割电源的控制回路，实现了电压、电流、气压参数的数码显示，同时在程序的监控下实现对高频引弧、气流量的自动控制。
关键词：等离子焊割机；数字；电源
序言
在当今的工业领域中，焊接结构件在各行各业中得到了广泛的运用。板材切割是焊接成品加工过程中的首要步骤，也是保证焊接质量的重要工序。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的焊接质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。生产加工时经常需要对工件进行切割和焊接，而空气等离子切焊机是一种用来切割和焊接各种金属材料的切割、焊接设备，它具有切割和焊接质量好、热变形小、切割速度快、焊点光滑等优点，特别是在有色金属和薄板方面，其优势更为明显。
根据等离子电弧形成和稳定的特性，切割!焊接机由等离子发生器（电源）、供气系统和割炬或焊枪等部分组成。而数字式等离子焊割机主要靠等离子电源来实现。数字式等离子焊割电源的作用是将交流380V/50Hz电源经变压器、可控式全桥整流器处理后输出直流电压，借助高频振荡器，为割炬或焊枪提供稳定的等离子电弧，从而达到切割和焊接的目的。
1 主电路的设计
1.1 主电路工作原理
根据电源的设计要求，主电路包括2个部分：一是在切割工作模式下为割炬提供0-200 V电压、0-30A电流，或在焊接工作模式下为焊枪提供0-80V电压、0-60V电流的直流电源电路；二是为触发电路和控制电路提供+15V、-15V、+24V 和+5V 电压的直流电源电路。其中第一部分包含变压、整流、滤波、高频引弧、保护回路等几个子电路；在第二部分中包含了变压、整流、滤波、稳压等子电路，其中整流输出主要由7815、7915、7824和7805三端集成稳压器实现。如图1所示。
主电路工作时，380V三相交流电经过隔离变压器（电源变压器）由2个抽头分别得到切割抽头（148V）和焊接抽头（60V）的交流电，然后经过晶闸管可控桥式整流电路、滤波电路后得到直流电。空载时切割电压为200V，焊接电压为80V；工作时在高频引弧电路中产生250kHz/2500V的高频电压耦合到割炬或焊枪，电离空气，进行切割或焊接。此时切割****电流为30A，焊接时****电流为60A。
主电路原理图如图2所示，工作原理为：合上开关KB1、KB2，220V交流电经变压器、晶闸管桥式整流、滤波电路和集成稳压器输出+5V、+15V、-15V和+24V直流电，此时单片机可以进行工作。当用户按下割炬或焊枪上的微动开关AN时，给主机请求中断，主机响应后输出信号使J2闭合，继电器GJ2带电，其触点接通电磁阀回路，当气压达到0.4MPa，压力控制器YJ触点闭合，此时合上KB1，交流接触器QC带电，主电路输出0-200V的直流电压；此时如需切割或焊接，只要再次按下手柄上开关AN，给主机申请第二次中断，响应后输出信号使J1闭合，继电器GJ1带电，接通高频回路，高频振荡器产生的高频高压信号耦合到割矩或焊枪上，从而击穿空气形成等离子弧。当切割或焊接完毕后，回路电流为零，电流传感器DLH输出0信号，在程序的控制下电路延时30s后自动断开气阀；压力控制器YJ触点断开，主接触器QC断电停止工作，主电路输出电压为零。为了防止控制电路因出现故障而造成设备不能正常工作，设计中设置了手动开关KB3和KB4，从而保证了设备的正常使用。
1.2 可控式整流电路
为使焊割电源的输出电流连续可调，电源采用三相桥式可控晶闸管整流装置，其触发形式采用集成化触发电路，具有体积小、温漂小、线性度好、性能稳定可靠等优点。采用国产KC系列集成触发模块完全能满足该电路要求，其原理如图3所示。
三相电压的同步信号从主电路中变压器二次侧中A1、B1、C1抽头处接过来，经过分压电阻后作为同步信号；在KC04芯片中形成锯齿波，进行移相控制后，再经过KC04内的三极管形成脉冲。而其中锯齿波有一路作为同步信号输出到KC42，经同步脉冲调制后，由逻辑组合部分产生信号控制KC42芯片内的三极管的导通和关断，从而决定了环行振荡器的起振和停振。环行振荡器的振荡输出与KC04的脉冲信号共同合成高频调制脉冲，此脉冲再经过KC41双脉冲形成及电子开关封锁电路（可控制脉冲的输出与否）后，由功放输出6路控制信号控制6个晶闸管导通与关断。 |
