等離子切割電源引弧電路的研究

摘要：等離子切割電源引弧電路設計的好壞在一定程度上決定了切割質量。因此本文提出了利用倍壓整流技術的高壓引弧器，頻率比傳統的高頻引弧器更低，能量更小，且減弱了射頻干擾和電離作用，為推出數字化焊機提供了可靠的環境。

關鍵詞：等離子切割；引弧電路；倍壓整流

一、引言

以壓縮空氣作為等離子氣體的空氣等離子切割不僅能切割不銹鋼、鋁、銅等材料，而且切割低碳鋼、高強鋼。它具有切削速度高、耗電少，熱變形小，使用、維護簡單以及壓縮空氣成本低于氬一氫等其它氣體且供應方便等特點。近幾年來，國外用小電流空氣等離子切割低碳鋼薄板取得了很好效果，因而發展很快。引弧是焊接過程中不可缺少的環節，尤其是在自動焊接中一次引弧成功率將是一個非常重要的指標，所以對等離子切割電源的高頻引弧電路和時序控制電路的研究是很有必要的[1]。

二、倍壓整流引弧電路設計

（一）引弧電路選擇

目前高頻引弧器廣泛應用于TIG焊或等離子焊接與切割中，但由于高頻引弧器存在如下缺點：（1）高頻引弧器的火花放電器容易燒蝕，間隙難以調整。（2）體積大、質量重。（3）高頻引弧器對快速開關管和快速整流管干擾嚴重，難以與弧焊逆變器良好兼容。（4）高頻引弧器對人體傷害嚴重，容易造成大氣污染。因此，為了克服上述缺點，我們用倍壓整流取代升壓變壓器[2-4]。

二、倍壓整流引弧電路設計

在一些需用高電壓、小電流的地方，常常使用倍壓整流電路。倍壓整流，可以把較低的交流電壓，用耐壓較低的整流二極管和電容器，“整”出一個較高的直流電壓。倍壓整流電路一般按輸出電壓是輸入電壓的多少倍，分為二倍壓、三倍壓與多倍壓整流電路。

1、二倍壓整流引弧電路

圖1為二倍壓整流電路。電路由變壓器B、兩個整流二極管D1、D2、兩個電容器C1、C2及負載Rfz組成。其工作原理如下：

e2 正半周（上正下負）時，二極管D1導通，D2 截止，電流經過D1對C1充電，將電容Cl上的電壓充到接近e2 的峰值，并基本保持不變。e2 為負半周（上負下正）時，二極管D2導通，Dl 截止。此時，Cl上的電壓Uc1=與電源電壓e2串聯相加，電流經D2 對電容C2 充電，充電電壓Uc2=e2 峰值+1.2E2≈。如此反復充電，C2 上的電壓就基本上是了。它的值是變壓器電級電壓的二倍，所以叫做二倍壓整流電路。

2、三倍壓整流引弧電路

在二倍壓整流電路的基礎上，再加一個整流二極管D3和-個濾波電容器C3，就可以組成三倍壓整流電路，如圖2所示。三倍壓整流電路的工作原理是：在e2 的第一個半周和第二個半周與二倍壓整流電路相同，即C1上的電壓被充電到接近，C2上的電壓被充電到接近。當第三個半周時，D1、D3導通，D2截止，電流除經D1給C1充電外，又經D3給C3 充電， C3上的充電電壓Uc3= e2 峰值+Uc2-Uc1≈這樣，在Rfz上就可以輸出直流電壓Usc=Uc1+Uc3 ≈ ，實現三倍壓整流。

3、多倍壓整流引弧電路

增加多個二極管和相同數量的電容，既可以組成多倍壓整流電路，見圖3。當n為奇數時，輸出電壓從下端取出：當n為偶數時，輸出電壓從上端取出。

取擊穿電壓U=2500V，得到a=3.3，取a=3.5，即階數為3.5，整流倍數為7倍。由此得擊穿電壓U=2660V，滿足等離子切割機高壓引弧需要。

三、結語

（1）利用倍壓整流技術的高壓引弧器，可靠性比傳統的高頻引弧器更高，能量更小，減弱了射頻干擾和電離作用，為推出數字化焊機提供了可靠的環境。

（2）相對于傳統的高頻引弧電路，倍壓整流技術不但結構簡單，體積小，而且引弧成功率高，符合等離子切割的要求。

參考文獻：

[1]李連清. 空氣等離子切割機.宇航材料工藝，2003，3：48

[2]李金煜，李紅，婁曉煥. 大功率等離子切割電源的研制.熱加工技術，2001，8：28-29

[3]王連仲，崔永元.國內外數控等離子切割技術的發展趨勢.機械工人（熱加工），2002，5：15-21

[4]王壽福，何良宗，朱國榮，段善旭. 一種空氣等離子切割電源引弧電路的研究.通信電 源技術，2008，25（5）：1-3

作者簡介：羅云萌（1987-）男，陜西安康人，碩士，講師，主要從事材料加工的教學、科研工作。