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第七章 LGK 系列空气等离子切割机 一、等离子体 等离子体是由大量自由电子或负离子和正离子组成的,在整体上表现为中性的宏观体系。是指电离的气体物质,被称为物资第四态。 二、等离子弧 等离子弧是在特定条件下使空气介质充分电离而产生的弧光放电的物质形态。等离子弧是拘束性电弧,它是在各种力的强迫下是导电截面缩小, 能够高度集中电弧。等离子弧所受的压缩效应主要来自三个方面: 1、机械压缩效应 当钨极和工作件之间形成的电弧通过特殊形状的喷嘴,同时逬入一定压力的工作气流时,使弧柱强行通过表细孔洞,受到了机械压缩作用,迫使弧柱截面积缩小,这称为机械压缩效应。 2、热收缩效应 当电弧通过喷嘴时,受到外部不断送来的高速冷却气流的作用,弧柱受到了强烈的冷却,是外围的电离度大大减弱,电弧电流只能从弧柱中心流过,导电截面进一步缩小。这使电弧的电流密度急剧增加,这种作用称为热收缩效应。 3、磁收缩效应 当带电粒子在弧柱内运动时,可看成是电流在一束平行的“导线”内移动。由于这些“导线”自身的磁场所产生的电磁力,使这些“导线”相互吸引,在弧柱内形成径自压力。因此产生次收缩效应。 三、等离子弧的特点 1、温度高 等离子弧的最高温度可达24000~5000°K,喷嘴出口中心温度一般达 20000°K,等离子切割喷嘴附近温度可达30000°K,并且热量集中。 2、能量高度集中 由于等离子弧有很高的导电性,能承受很大的电流密度,能量高度在很小的截面内,弧度的扩散角小(5°左右),其能量密度可达10 5 ~10 6 瓦/cm 2,而自由电弧的扩散角约为45℃,能量密度一般是10 4 瓦/cm 2 。 3、有很强的冲刷力 101 等离子弧发生装置内通入的常温压缩气体,由于受到电弧的高温而膨胀,通过喷嘴细孔的气体流速甚高,挺度很大。因此,等离子体具有较强的冲刷力。 四、等离子弧的类型 根据电源的连接方式,等离子弧有三种方式:转移型、非转移型和联合型。 1、转移型 电源负端接电极,电源正端接工件,等离子直接在钨极和工件之间产生, 这种等离子弧的产生,先要在钨极和喷嘴之间引燃等离子焰流,等离子气流将等离子焰流接触工件而形成等离子弧,这种过渡方式产生的等离子弧称为转移弧。 2、非转移弧 电源负端接电源,电源正端接喷嘴,工件不接电源。接通电源后在钨极和喷嘴之间产生等离子弧体。靠通入喷嘴的等离子气流将电弧就从喷嘴中喷出,形成等离子焰流。 3、联合型弧 工作时,转移弧和非转移弧同时存在,极大的提高了小电流转移弧工作时的稳定性。 五、空气等离子切割机的特点 空气等离子切割机可以切割所有的金属材料。特别适合于切火焰切割不能够切割的高合金钢和有色金属。具有以下特点:电弧能量高度集中, 稳定性好,切割力强;切割速度快(是气割的3~5 倍);切割成本低;切口狭窄、光洁、整齐、接近于垂直;工件变形小。 六、 LGK 系列切割机基本原理及框图 控制电路设计中,给定电路输入给定信号,用于调节输出电流,反馈电路对输出电流进行采样放大,从而得到满足要求的反馈信号。(如下图) 电源反馈采用原边取样,有效地完成控制板与主电路的隔离, 102 IGBT 驱动信号 脉宽调制(PWM)电路对给定信号和反馈信号进行比较,以决定输出脉冲宽度,驱动电路将控制脉冲进行功率放大驱动IGBT。保护电路实现过流, 欠压,过热等极端情况下的保护,确保 IGBT 的可靠工作。切割机采用合理的逻辑顺序控制,能实现提前送气、高频引弧、切割、滞后关气等过程。七、LGK 系列逆变切割机 1 切割机前面板:LGK-100 前面板如图所示 LGK-100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图(4) (1) 气检/切割转换开关(K1) K1 处于气检位置时,检查气路是否正常;处于切割位置 时,进行正常切割。 (2)自锁/非自锁转换开关(K2) K2 处于非自锁位置时,按下割枪开关可正常切割,松开开关即停止切割,适合于短割缝切割;处于自锁位置时,按下割枪开关引弧成功后,可松开开关正常切割,当再次按下割枪开关后停止切割, 适合于长割缝切割。 (3)工作指示灯 指示切割机是否接通输入电源。 (4)保护指示灯 指示切割机内是否温度过高。灯亮时自动停止工作。 (5)电流调节旋钮 用于调节切割电流的大小。 (6)输出电缆接线柱(+) 通过输出电缆接被割工件。 103 (7)转移弧接线柱(+) 接切割枪的转移弧引线。 备注:LGK-60 切割机无此项。 (8)切割枪气电接线柱(-) 接切割枪的气电接头。 (9)控制插座 接切割枪的控制插头。 2 切割机后面板 切割机后面板如图5 所示。 1 2