具体实施方式

如附图1所示，分别是利用本发明制成的一种IGBT逆变空气等离子切割机的结构示意图及其零部件清单。其主要组成部分包括：

1）外壳部分，包括提手或组合手柄1、机壳2、机壳底板11、前面板12、后面板5、控制面板的金属板18、输出连接板13、机壳螺丝。

2）后面板部分，后面板上安装的零部件主要有电源开关8、电磁阀4、空气滤清器9、供电电源线及插头7、电源线拉不脱（也称为固线器）6、后外塑料面板5、冷却风扇10。电源线及插头7连接到供电电网。电源开关8控制切割机电源的通或断。冷却风扇10位于切割机的后部，冷风从切割机后部的进气孔进行。可使电路部分的一些发热器件或零部件，如IGBT及散热器散热器、快速恢复二极管及散热器等零部件得到较好的冷却。这样的风道和冷却方式设计，有利于保障切割机电路工作的可靠性，也是本发明切割机实现较大电流和高负载持续率的重要原因之一。

3）前面板部分，前面板上安装的零部件主要有前面板12、控制面板的金属板18、输出连接板13、连接切割枪的负极性的切割枪气电一体化接头组件17、正极性输出快速接头组件14、航空插座塑料隔离板15、航空插座16、电源指示灯（白色）21及过热保护状态指示灯（黄色）20、输出电流调节电位器及其旋钮19，切割枪有护套44，切割枪的开关航空插头43与航空插座16连接；正极性输出快速接头组件14连接工件夹电缆和工件；切割时，负极性的切割枪气电一体化接头组件17连接切割枪电缆。电源指示灯（白色）21指示电源接通。过热保护状态指示灯（黄色）20则指示过热状态是否发生。当内部器件温度过高，超过动作温度时，在控制电路的作用下，一方面可使该指示灯点亮；另一方面，可使空气等离子切割机停止电流输出。在切割机不输出的情况下，风机的冷却作用会使器件的温度降低。当降低到恢复动作温度时，切割机过热现象消除，过热指示灯熄灭，同时，空气等离子切割机可再次切割。当然，根据产品制作的需要，前面板上还可设置电流表、电压表等部件，以扩展产品的功能。

4）控制板部分，包括大控制板3、主控制小板35和高频控制板36；大控制板3上有很多的电子元器件以及零部件，包括逆变主变压器22、IGBT管组I 23、IGBT散热器I 24、CBB电容25、IGBT散热器II 26、驱动变压器27、电解电容28、共模电感29、开关电源变压器30、IGBT管组II 31、整流器32、电流互感器33、过热保护器34、主控制小板35、高频控制板36、整流管I 37、输出滤波电抗器38、整流管散热器I 39、整流管散热器II 40、整流管I 41，以及其它电子元器件；大控制板3上安装的零部件包括主控制小板35和高频控制板36；主控制小板35有很多的电子元器件，包括PWM脉冲宽度调制集成电路芯片、运算放大器、电阻、电容、二极管、稳压管；高频控制板36上也有很多的电子元器件和零部件，包括高压升压变压器、火花放大器、高压瓷片电容、继电器、电阻、电容、二极管、插接件或插座；主控制小板35通过连接件直接焊装在大控制板3上；高频控制板36通过插头及其控制线与大控制板3部分的电路进行连接。本发明的大控制板3立着安装在机壳底板11上，主控制小板35焊装在大控制板3上，高频控制板36安装在大控制板3上，并与主控制小板35和大控制板3留有足够的爬电距离。切割机的控制电路部分相当于被外壳2、底板11和后面板、前面板组成的金属外壳包围。

电路板控制部分与空气等离子割机前、后面板上的元器件，如电流调节电位器19、风扇10、指示灯20和21、电源开关8、电磁气阀4等，通过一些控制导线进行相互间的电路连接。各电路板之间，器件或零部件之间，按照本发明空气等离子切割机的电路原理图关系连接在一起。可满足空气等离子切割方法的电路输出特性控制。

附图2是本发明空气等离子切割机的电路原理图。如附图2所示，在大控制板3、主控制小板35和高频控制板36之间设有接口。三块控制电路板就是按照相应的接口标识和电路原理图连接在一起的。主控制小板3是通过接插件AA直接焊接在大控制板3上的，这两块电路板之间就无需采用连接线进行连接。

如附图2所示，整个控制电路主要由输入滤波电路、上电缓冲电路、逆变主电路、输出滤波电路、开关电源电路、IGBT驱动电路、电流检测和整流变换电路、热保护检测和控制电路、电流给定电路、电磁阀控制电路、引弧控制电路、输出特性控制电路、电流显示电路、高频切断控制电路等功能电路组成。最终在控制电路的作用下，实现空气等离子切割工艺方法、满足电磁兼容性、安全性性能检测和认证等要求。本发明采用控制、硬件和软件抗干扰措施的新技术方案，较好解决了切割机高电磁兼容性和可靠性的问题。下面对相关的功能电路进行一些说明：

见附图2，逆变主电路由电源开关S1、上电缓冲电路、输入滤波电路、输入整流桥BD1、3PTC1热敏电阻和JR1继电器及其控制电路组成的上电缓冲电路、C60-1、C60-2、C60-3大电解电容（470µF/400V等）滤波电路、IGBT1~IGBT4 IGBT管、T11逆变主变压器，9D1、9D3、D6和D8快速恢复二极管、输出滤波电路组成。由OUT（+）正极性和OUT（-）负极性输出端输出切割电流和电压。

见附图2，L与N端连接到220V-240V/50Hz供电电源。电源开关S1接通电网电源后，空气等离子切割机通电。其前面板上的白色电源指示灯点亮。从电网来的交流电，先经过输入滤波电路，再经过上电缓冲电路、整流器BD1整流后变为脉动直流电。整流后的输出，先经过3PTC1热敏电阻和JR1继电器组成的上电缓冲电路，之后，对C60-1、C60-2、C60-3大电解电容进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+310V直流电，由A、B间输出到后级电路。

见附图2，输入滤波电路由7MT1、7MT2共模电感、7R1电阻、7C3~7C7电容组成，7C7电容并联在切割机电源开关S1的后级两端，其后级连接7MT1共模电感，7MT1共模电感的后级并联有7R1电阻、7C5电容，7MT1共模电感的一端连接7C3电容，7MT1共模电感的另一端连接7C4电容，7C3电容和7C4电容的另一端连接至PE端（机架）或切割机的保护性接地端；7MT1共模电感的后级连接有7MT2共模电感，7MT2共模电感的后级并联7C6电容和切割机整流器BD1的输入端。本输入滤波电路的设置是保证本发明切割机能够通过EMC电磁兼容性认证的重要前提条件之一。

对于上电缓冲电路， JR1继电器会在电源开关S1接通，一定延时时间后动作，其触头闭合，短路3PTC1热敏电阻。JR1继电器的延时是由其控制电路来实现的。C60-1、C60-2、C60-3大电解电容的充电，先经过3PTC1热敏电阻，之后再短接3PTC1热敏电阻。这样的控制电路称为上电缓冲电路。

见附图2，C60-1、C60-2、C60-3大电解电容起着滤波的作用。A、B间输出的+310V直流电供给由IGBT1~IGBT4 IGBT管、T11逆变主变压器，9D1、9D3、D6和D8快速恢复二极管、输出滤波电路等组成的全桥逆变主电路，其功能主要为：高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。T11逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。9D1、9D3、D6和D8快速恢复二极管则是把逆变变压器输出的中频交流电变换为直流电。由于它变换后的电流波形是脉动的，不稳定，不利于切割过程的稳定，因此，采用电流滤波电抗器LX和输出滤波电路进行滤波。这样，输出的电流波形就会变得稳定，并且可防止干扰信号损坏器件和破坏电路的可靠工作，有利于获得高质量的切割缝和保障切割机的可靠性。

见附图2，切割机主电路中的输出滤波电路由输出电流滤波电感LX、电阻9R1~9R6、滤波电容9C1~9C6、压敏电阻9VR2和9VR3、二极管9Z1~9Z3组成；9R1与9C1串联，之后再并联在输出整流快速恢复二极管9D1的两端，类似地，9R2与9C2串联，之后再并联在输出整流快速恢复二极管D6的两端；9R3与9C3串联，之后再并联在输出整流快速恢复二极管9D3的两端；9R4与9C4串联，之后再并联在输出整流快速恢复二极管D8的两端；D6、D8、9D1、9D3组成全波整流电路，该电路的输入端并联在逆变主变压器T11的次级输出绕组两端；9R5并联在全波整流电路的输出两端；全波整流电路的负端连接LX滤波电感，LX滤波电感的另一端与全波整流电路的输出正极性端之间并联有9R6电阻、9C5电容、插头9CN1，以及二极管9Z1~9Z3和9VR2组成的串联电路；该串联电路的特征是：9Z1~9Z3三个正极性串联，其9Z1的阳极端连接全波整流电路的输出正极性端，其9Z3的阴极连接9VR2，9VR2连接LX滤波电感和输出高频耦合变压器T2的一端；T2的另一端连接负输出端；全波整流电路的输出正极性端还连接至正输出端，同时，还连接9VR3和9C6的一端，9VR3和9C6的另一端连接至切割机的PE端或保护性接地端（机架）；输出高频耦合变压器T2的初级M、N端通过连接线连接至高频引弧电路板的2CN2插头，也是高频引弧电路板的M、N端。

见附图2，A、B间输出的+310V直流电还供给开关电源电路工作。开关电源电路由开关电源变压器T4、光耦U11和U28、开关电源PWM（脉冲宽度调制）控制芯片U30（UC3845B）、U29场效应管，7805、7815和7915集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容、稳压管等器件组成的，其作用是产生+5V、+15V、+24V、-15V电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。对于开关电源电路部分，由于开关电源控制芯片U30（UC3845B）与开关电源变压器T4的初级绕组，以及它们周围的稳压管、二极管、电阻和电容等组成的电路，是属于+310V高压回路的。为确保控制电路的安全，在附图2中，采用了U11和U28光电耦合器进行隔离。在开关电源电路部分，目的是获得+5V、+15V、+24V、-15V电源电压，供给不同的器件和电路使用。见附图2，在开关电源电路的输入部分和高压侧电路部分，直流母线电压+310V的A与B两端对机架或保护性接地之间并联有滤波电容C59和C60，A端连接C57和C60电容、R76和R77电阻、开关电源变压器T4主初级绕组的同名端（带“●”的一端），C57电容、R76电阻并联，其另一端连接D30二极管的阴极，D30的阳极和开关电源变压器T4主初级绕组的异名端（不带“●”的一端）连接场效应管U29的D端，R77电阻的另一端连接至U30（UC3845B）PWM芯片的7脚；C56电容、R79电阻并联，其一端连接B端，也是开关电源电路输入高压部分的地端，其另一端连接至U30 PWM芯片的7脚；场效应管U29的S端连接R71和R72电阻，R71的另一端连接输入高压部分的地端，R72的另一端连接U30 PWM芯片的3脚，U30 PWM芯片的3脚对输入高压部分的地端之间并联有C53电容；U30 PWM芯片的4脚对输入高压部分的地端之间并联有C54电容；U30 PWM芯片的8脚对输入高压部分的地端之间并联有C55电容；U30 PWM芯片的8脚对4脚之间连接电阻R73；U30 PWM芯片的5脚连接输入高压部分的地端；U30 PWM芯片的6脚连接R74电阻，R74的另一端连接场效应管U29的G端；U30 PWM芯片的1脚对2脚之间连接并联的C51电容和R75电阻；U30 PWM芯片的2脚连接R69电阻，R69的另一端连接R68、光耦U28中输出级三极管的发射极，R68的另一端连接输入高压部分的地端；光耦U28中输出级三极管的集电极连接U30 PWM芯片的7脚、R70电阻，R70的另一端连接C52电解电容的正极、D29二极管的阴极，C52电解电容的负极连接输入高压部分的地端，D29二极管的阳极连接开关电源变压器T4辅助绕组的异名端（不带“●”的一端），开关电源变压器T4辅助绕组的同名端（带“●”的一端）连接输入高压部分的地端；在开关电源电路的输出部分和低压侧电路部分，开关电源变压器T4的次级有两个绕组，一个是独立的次级绕组，另一个是带有中心抽头的次级绕组；对于带有中心抽头的次级绕组，其两个绕组是正极性串联的，即一个绕组的异名端（不带“●”的一端）与另一个绕组的同名端（带“●”的一端）相连接，也称为公共连接点，此连接点也是+5V、+15V、+24V、-15V电源电压的地端，此连接地端把这两个绕组分为上绕组和下绕组，上绕组的同名端（带“●”的一端）连接D27二极管的阴极，D27的阳极对公共连接点或地之间并联有C4电容和C48电解电容，C48电解电容的正极连接地端，D27的阳极连接7915集成稳压器的输入端，7915集成稳压器的地端连接公共连接点或地，7915集成稳压器的输出-15V对地之间并联有C2电容和C7电解电容，C7电解电容的正极连接地端；下绕组的异名端（不带“●”的一端）连接U27二极管的阳极，U27的阴极对公共连接点或地之间并联有C12电容和C21电解电容，C21电解电容的负极连接地端，U27的阳极连接7815集成稳压器的输入端，7815集成稳压器的地端连接公共连接点或地，7815集成稳压器的输出+15V对地之间并联有C30电容和C19电解电容，C19电解电容的负极连接地端；U27的阳极对地之间输出+24V，该+24V电源供给冷却风扇Fan、继电器JR1工作；U27的阳极连接稳压管Z5的阴极，Z5的阳极连接R67电阻，R67电阻的另一端连接光耦U28中输入级发光二极管的阳极，光耦U28中输入级发光二极管的阴极接地，并且U28中输入级发光二极管的阳极对地之间连接C50电容；对于独立的次级绕组及其输出电源电路部分，主要是为切割枪开关控制电路供电，附图2中，S为切割枪开关，该开关在切割枪上，开关的两根控制线连接至二芯航空插头，该插头连接到切割机前面板下方的二芯航空插座，通过插座的连接线，连接至开关电源电路中的输出部分。切割枪开关S的一端连接滤波电感L1，切割枪开关S的另一端连接滤波电感L2，滤波电感L2的另一端连接D26的阴极、C18、电解电容C20的正极、R18电阻、C11，D26的阳极连接开关电源变压器T4次级独立绕组的异名端（不带“●”的一端），滤波电感L1的另一端连接R11、C13、D3二极管的阴极、C11的另一端，R11的另一端连接光耦U11中发光二极管的阳极，光耦U11中发光二极管的阴极、C13和C18及R18的另一端、电解电容C20的负极均连接至开关电源变压器T4次级独立绕组的同名端（带“●”的一端）。当切割枪开关S闭合时，可使光耦U11中发光二极管发光，其光耦中的输出级三极管导通，最终去控制切割机的其它电路。由于切割枪开关线比较长，同时，切割枪电缆中有大电流的导线、并且引弧时还有高频高压信号通过切割枪的导线，因此，会对切割枪的开关控制线带来干扰，设置上述切割枪开关线抗干扰电路，其作用就是利用滤波电容、滤波电感、光耦等组成的电路，降低来自切割枪开关控制线的干扰，确保切割机控制电路的可靠工作。

本开关电源电路，当切割机的输入供电电源电压在100V~270V之间变化时，在U30PWM芯片的控制作用下，U29场效应管处于通、端控制状态，于是，可在T4开关变压器的次级输出整流电路部分获得+5V、+15V、+24V、-15V等电源电压，可保障本切割机各控制电路的正常工作，这就有利于空气等离子切割机在较大的电网电压波动范围内工作，起到了较好的抗电网电压波动能力。

关于开关电源这部分的工作原理，以上部分只是进行了简单的说明。如果需要了解本电路部分详细的工作情况，涉及到开关电源的很多知识。读者可查询相关的开关电路书籍或资料作进一步的了解。这里不再详细说明。

由开关电源部分的电路及原理可知，本发明没有采用一般的控制变压器和相关的电压变换电路来产生上述几个直流电源电压。其电路取电来自主回路中的+310V。开关变压器的体积和尺寸、重量远小于一般的控制变压器，这就降低本发明空气等离子切割机的成本，提升了空气等离子切割机的技术附加值。

IGBT驱动电路部分，见附图2，驱动变压器T3、Q6和U23 P沟道场效应管（IRF9Z24N）、U24和Q8 N沟道场效应管（IRFZ24N）、D601~D604快速二极管，以及它们外围的电阻、电容等组成IGBT的驱动电路；逆变电路部分有4个IGBT，因此设有4路IGBT的驱动，每个部分的驱动电路形式是一致的。该部分电路，输入的控制信号为AA5、AA7，来自主控制小板上的输出特性控制电路中的PWM芯片U2（UC3846）的A OUT（AA7接口）和B OUT（AA5接口）输出端。由于U2芯片输出的信号驱动功率小，故需要经过驱动功率电路进行放大，再通过驱动变压器T3及其外围的驱动电路去控制4个IGBT的工作状态。U2脉冲宽度调制（PWM）芯片输出的控制信号是两组方波脉冲信号。两组方波脉冲信号在时间上有一个固定的时间差，专业上也称为死区时间。是保障IGBT两组开关交替工作的重要参数之一。该时间是通过U2芯片的外围器件（RT端的R21和R22；CT端的C7、C8）参数设置而确定的。至于如何确定，需要查看UC3846的相关使用资料或说明。这里不再重复。这里需要说明的是：PWM脉冲宽度调制信号是决定空气等离子切割机逆变主电路输出电压和电流大小的信号。而PWM脉冲宽度调制信号则受空气等离子切割机的电流调节给定信号Ug和电流负反馈信号Ufi决定。

IGBT驱动电路分为低压侧驱动电路和高压侧驱动电路，由于逆变电路部分有4个IGBT，因此设有4路高压侧IGBT的驱动电路，每个高压侧驱动电路形式是一致的；驱动变压器T3有4个独立的次级绕组，通过T3，把IGBT驱动电路分为低压侧驱动电路和高压侧驱动电路；下面，以其中一路高压侧驱动电路为例，进行其电路组成说明，D601快恢复二极管的阴极连接R601电阻、驱动变压器T3一个次级绕组的同名端（带“●”的一端），D601的阳极连接R605电阻，R605的另一端连接R601电阻的另一端连接IGBT1的G1栅极，驱动变压器T3该次级绕组的异名端（不带“●”的一端）连接IGBT1的E1漏极，在IGBT1的G1与E1极之间并联有C601电容；类似地，D602快恢复二极管的阴极连接R602电阻、驱动变压器T3另一个次级绕组的异名端（不带“●”的一端），D602的阳极连接R606电阻，R606的另一端连接R602电阻的另一端连接IGBT2的G2栅极，驱动变压器T3该次级绕组的同名端（带“●”的一端）连接IGBT2的E2漏极，在IGBT2的G2与E2极之间并联有C602电容；D604快恢复二极管的阴极连接R604电阻、驱动变压器T3另一个次级绕组的同名端（带“●”的一端），D604的阳极连接R608电阻，R608的另一端连接R604电阻的另一端连接IGBT3的G3栅极，驱动变压器T3该次级绕组的异名端（不带“●”的一端）连接IGBT3的E3漏极，在IGBT3的G3与E3极之间并联有C604电容；D603快恢复二极管的阴极连接R603电阻、驱动变压器T3另一个次级绕组的异名端（不带“●”的一端），D603的阳极连接R607电阻，R607的另一端连接R603电阻的另一端连接IGBT4的G4栅极，驱动变压器T3该次级绕组的同名端（带“●”的一端）连接IGBT4的E4漏极，在IGBT4的G4与E4极之间并联有C603电容。

IGBT低压侧驱动电路由Q6和U23 P沟道场效应管（IRF9Z24N）、U24和Q8 N沟道场效应管（IRFZ24N），R58、R59、R60、R61、R62、R63电阻，C29、C69、C40、C41、C42、C44、C47、C69电容，C45和C6电解电容、驱动变压器T3的初级绕组组成；C6电解电容的两端为+15V电源，+15V对地之间并联C29电容，R58的一端连接+15V，R58的另一端连接Q6和U23场效应管的D端、C69、C45电解电容的正极、C41、C42，C69的另一端、C45电解电容的负极接地，C41的另一端连接U23的S端、U24的D端、C47，C47的另一端、U24的S端接地，C42的另一端连接Q6的S端、Q8的D端、C44，C44的另一端、Q8的S端接地，Q6的S端、Q8的D端连接并联的C40、R59，C40、R59并联电路的另一端连接驱动变压器T3初级绕组的一端，驱动变压器T3初级绕组的另一端连接U23的S端、U24的D端；Q6的G端连接R62，Q8的G端连接R63，R62、R63的另一端连接AA5，U23的G端连接R60，U24的G端连接R61，R60、R61的另一端连接AA7;AA5、AA7信号端分别连接至主控制小板上的U2 PWM芯片的14和11脚，即U2 PWM芯片的脉冲宽度信号输出端。U2 PWM芯片输出的控制信号是两组方波脉冲信号。当有PWM脉冲信号输出时，可在T3的初级绕组中形成PWM方波脉冲，经过T3的耦合、隔离后，可在IGBT的高压侧4个驱动电路中产生驱动IGBT所需的方波脉冲信号。PWM脉冲宽度调制信号是决定空气等离子切割机逆变主电路输出电压和电流大小的信号。而PWM脉冲宽度调制信号则受空气等离子切割机的电流调节给定信号Ug和电流负反馈信号Ufi决定。

见附图2，当切割枪开关S闭合时，可使光耦U11中发光二极管发光，其光耦中的输出级三极管导通，+15V电压加至R19电阻和D4二极管的两端，运算放大器U10的5脚电位高于其6脚的电位，这样，U10的7脚输出高电平，由于运算放大器U10的5脚与其7脚之间连接有C23电容，因此，运算放大器U10的电路部分构成积分电路，也就是说，U10的7脚输出较高电平的时刻会落后于切割枪开关S闭合的时刻。当U10的7脚输出高电平时，U12三极管导通，+15V的电位可施加至D16-1、D9、D12二极管的阳极端。

见附图2，当切割枪开关S闭合、D16-1二极管的阳极端为高电平时，U17-1三极管导通，U16-1三极管截止或不导通，U18光耦中发光二极管不发光，AA-3端不接地；反之，当D9二极管的阳极端为低电平时，U17-1三极管截止或不导通，U16-1三极管导通，U18光耦中发光二极管发光，AA-3端接地，同时，二极管D15导通，二极管D21截止。

见附图2，当切割枪开关S闭合、D9二极管的阳极端为高电平时，U7场效应管导通，CN6、2CN4插头的1脚为低电平，2K2继电器动作，其触头2K2-1闭合，使2CN3插头的1、3脚闭合。2CN3插头连接切割机的电磁气阀，因此，电磁气阀会动作，可使压缩空气输送至切割枪。

见附图2，高频电路板（HF-PCB）部分，插头2CN1连接至T11逆变主变压器的高频引弧绕组两端，当逆变主电路产生逆变过程时，该高频引弧绕组两端有较高的高频高压；2CN1-1连接2R1电阻和2C2电容的并联电路一端，该并联电路的另一端连接2K1继电器的触头2K1-1一端，触头2K1-1的另一端连接高频升压变压器T1的初级一端，高频升压变压器T1初级的另一端连接2CN1-3；高频升压变压器T1的次级输出二极管的阳极连接电阻2R2，2R2的另一端连接电阻2R2-1，2R2-1的另一端连接高频火花放大器FD的一端和M端，高频升压变压器T1次级输出的另一端连接高频火花放大器FD的另一端、并联的高压瓷片电容2C1和2C1-1的一端，并联高压瓷片电容2C1和2C1-1的另一端连接N端，M、N端通过插头2CN2及其控制线连接至本发明切割机输出回路中T2升压耦合变压器的初级两端，因此，当触头2K1-1闭合时，来自逆变主变压器T11的高频引弧绕组两端的高频高压信号（此时，切割机会有空载电压建立），经过T1的升压，会在T1的次级产生很高的高频高压，当FD两端的电压高到一定程度时，FD会放电，相对于FD两端短路，此时，并联高压瓷片电容2C1和2C1-1与T2升压耦合变压器的初级会构成L、C（电感、电容）振荡，再经T2升压耦合，这就会在切割机的次级回路、切割枪与工件之间形成更高的高频高压，足以击穿气隙，形成等离子弧。

见附图2，当切割枪开关S闭合、D12二极管的阳极端为高电平时，U10的8脚输出高电平，三极管U8导通，CN6、2CN4插头的3脚为低电平，2K1继电器动作，其触头2K1-1闭合，如上面所述，可使高频引弧部分的电路工作，为最终形成等离子弧，并进行切割创造条件。

见附图2，电流检测和整流变换电路由DLHGQ电流互感器或电流检测环、D22~D25、运算放大器U19、电容C43和C38、电阻R43、R53、R56和R64~R65，二极管D20组成。DLHGQ电流互感器或电流检测环的初级（1匝）串联在T11逆变主变压器的初级回路中，当逆变过程形成和在切割过程中时，可在DLHGQ电流互感器或电流检测环的次级检测到T11的初级电流信号，所检测到的电流信号经过D22~D25组成的全桥整流，获得直流信号，电容C43滤波，R64~R65以及R43、R53串联电路为全桥整流的负载，R43、R53串联电路分压后作为U19同步跟随器的输入信号，因此，可在U19的8脚输出端获得电流反馈检测信号Ufi。该信号经过D20、C38滤波、R56后，连接至AA24端，即连接至控制小板上的U1A运算放大器的一个输入端，该端电流反馈检测信号Ufi通过R1连接至U1A运算放大器的反相输入端。

见附图2，电流检测和整流变换电路中D22~D25全桥整流获得的直流信号还连接至高频切断控制电路，高频切断控制电路由U19运算放大器中的两个运算放大器组成的电路构成，具体为D22~D25全桥整流获得的直流信号连接R54电阻，R54的另一端连接U19的12脚，U19的13脚连接R42、R44电阻、C33电容，R42的另一端接地，R44、C33的另一端连接U19的14脚，U19的14脚连接二极管D17的阳极，D17的阴极连接R45、C34、U19的3脚，R45、C34的另一端接地，U19的2脚连接R33和R34，R33的另一端接+15V，R34的另一端接地，U19的11脚接+15V，U19的1脚连接二极管D10的阳极，D10的阴极连接至U10的9脚；当电流检测电路检测到较大的电流信号时，通过上述电路，可使U10的8脚输出低电平，此时，电解电容C24会通过R21、R22电阻放电，当放电到一定程度时，可使U8三极管截止，由于放电有一定的延时，因此，在检测到切割机有电流输出的很短一段时间后，因U8三极管截止，可使2K1继电器断电，从而通过2K1继电器的触头2K1-1切断高频引弧，即使高频引弧电路停止在切割机的输出回路中产生高频高压引弧信号。

见附图2，电流给定电路由运算放大器U19、与通过插座XH-3连接的输出电流调节电位器、电流校正电位器RP1和RP3，电阻R6、R55、R30~R32，电容C9和电解电容C27组成；电流校正电位器RP1和RP3可校正空气等离子切割机输出的最大和最小电流；切割机前面板上的电流给定电位器的电阻最大端连接XH-3的3脚，同时连接至RP1的一端，切割机前面板上的电流给定电位器的中间滑动点连接XH-3的2脚，电流给定电位器的电阻最小端连接XH-3的1脚，并且XH-3的1脚接地，RP1的中间滑动点和其另一端连接连接+15V；RP3的一端连接+15V，其另一端接地，其中间滑动点连接R32，R32的另一端连接至U19的反相输入端；XH-3的2脚连接C9、R6，C9的另一端接地，R6的另一端连接R30，R30的另一端连接至U19的6脚反相输入端；U19的6脚反相输入端与其输出端7脚之间并联有R31、电解电容C27，并且C27的正极性端连接U19的6脚反相输入端，U19的输出端连接R55，R55的另一端连接至AA21端；U19的5脚同相输入端接地；U19的输出，就是切割机的电流给定信号Ug，它通过R55连接至AA21端，即连接至控制小板上的U1A运算放大器的另一个输入端，该端电流给定信号Ug通过R2连接至U1A运算放大器的反相输入端。

见附图2，XH-3的2脚还连接R15，R15的另一端连接至U10运算放大器的12脚同相输入端，U10运算放大器的13脚反相输入端与其输出端14脚连接，构成同步跟随器，U10运算放大器的14脚连接校正电位器RP2的一端，RP2的中间滑动点连接U10运算放大器的14脚，RP2的另一端连接R5、R23、插座CN2的5脚CN2（5），R5的另一端连接+5V，即插座CN2的7脚CN2（7），R23的另一端接地，CN2的5脚CN2（5）对地之间并联有滤波电解电容C25；通过插座CN2的7脚CN2（7）、CN2的5脚CN2（5）和地端，可连接至电流给定数据显示表。此部分电路是电流显示电路，是预留的，本发明示例切割机没有设置电流给定数据显示表，因此，这部分电路是为形成带电流表的机型而预留的。电流校正电位器RP2可校正电流表的数据与切割机实际输出电流的差异值。

见附图2，输出特性控制电路由PWM芯片U2（UC3846）、运算放大器U1（包括U1A、U1B、U1C、U1D四个运算放大器）、稳压管Z1，D1~D4二极管，以及这些器件外围的很多电阻、电容器件组成；U1D、U1C运算放大器部分组成的电路为同步跟随器，U1C的9脚与其8脚连接，U1C的10脚连接U2的8脚、C7和C8电容，C7和C8的另一端接地，U1C的8脚与C10电容、R14电阻、R13电阻和C9电容的串联电路一端，该串联电路的另一端连接C10电容、R14电阻的另一端，并连接至U2的4脚、R10、R11、R12，R12的另一端接+15V，R11的另一端接地，R10的另一端，即AA13端连接电流检测电路D22~D25整流桥的输出端，AA13端还连接C6电容、R8和R9电阻，C6的另一端接地，R8的另一端连接U2的16脚，即U2的关断控制端，R9的另一端，也就是AA9端，连接着+15V；U1D运算放大器的12脚连接电阻R5、R6、电容C4，R6和C4的另一端接地，R5的另一端AA16连接二极管D3的阴极、R4，D3的阳极接地，R4的另一端连接U1A的输出1脚；U1D运算放大器的13脚与其14脚连接，同时连接R7电阻，R7的另一端连接C5电容、U2的5脚（U2内部误差放大器的同相输入端），C5的另一端接地；U2的1脚（CS端）连接AA3、R15、C13电解电容的正极、R16，AA3连接U18光耦中输出级三极管的集电极，R15、C13电解电容的另一端接地，R16的另一端连接U2的2脚（Vref端）、C11电解电容的正极、U1B的5脚（同相输入端），C11电解电容的另一端接地，U1B的6脚（反相输入端）连接R18、R19、C12，R18、C12的另一端接地，R19的另一端接+15V，U1B的7脚（输出端）连接二极管D4的阳极，D4的阴极连接AA19、R17，R17的另一端连接C14、R20、R8和U2的16脚（关断控制端）；U2的3脚接地；U2的4脚连接C9和C4、R12、R10、R11、R14；U2的6脚与其7脚连接；U2的11脚连接AA7，U2的14脚连接AA5；U2的12脚接地，U2的13脚连接C16、C17电解电容的正极、R23，C16和C17的另一端接地，R23的另一端和U2的15脚接+15V；AA21通过R2连接至U1A的2脚（反相输入端），AA24通过R1连接至U1A的2脚（反相输入端）；U1A的3脚（同相输入端）接地，U1A的2脚与U1A的3脚之间并联两个相互反相连接的二极管D1、D2；U1A的2脚连接稳压管Z1的阳极、R3，Z1的阴极连接U1A的1脚（输出端），R3的另一端连接C1，C1的另一端连接U1A的1脚，U1A的1脚连接R4，R4的另一端连接AA16、R5、D3的阴极；U1A运算放大器部分组成的电路为PI（比例+积分）运算控制电路，U1B运算放大器部分组成的电路为电压比较器；前面已经说过，电流给定信号Ug通过R2连接至U1A运算放大器的反相输入端，电流反馈检测信号Ufi通过R1连接至U1A运算放大器的反相输入端；U2脉冲宽度调制（PWM）芯片输出11脚（AA7）、14脚（AA5）的控制信号是两组方波脉冲信号，它们作为IGBT驱动电路的控制信号。两组方波脉冲信号在时间上有一个固定的时间差，专业上也称为死区时间。是保障IGBT两组开关交替工作的重要参数之一。该时间是通过U2芯片的外围器件（RT端的R21和R22；CT端的C7、C8）参数设置而确定的。至于如何确定，需要查看UC3846的相关使用资料或说明。这里不再重复。这里需要说明的是：PWM脉冲宽度调制信号是决定空气等离子切割机逆变主电路输出电压和电流大小的信号。而PWM脉冲宽度调制信号则受空气等离子切割机的电流调节给定信号Ug和电流负反馈信号Ufi决定。

见附图2，热保护检测和控制电路由热敏电阻、插座XH-RM、运算放大器U10（其器件引脚为1、2/3）及其外围的电阻9R101~9R105、电容9C101~9C102和二极管9D101、LEDY切割机面板过热指示LED灯（黄色）组成；热敏电阻连接在插座XH-RM上；安装热敏电阻时，让其温度检测面紧贴IGBT的散热器安装；在切割机输出过程中，当IGBT的散热器发生过热现象时，或当热保护检测和控制电路中的（紧贴IGBT的散热器安装的）热敏电阻检测到IGBT的散热器过热时，通过热保护检测和控制电路中的运算放大器U10（其器件引脚为1、2/3）状态翻转，使电路板上的过热保护指示LEDY灯点亮；同时，U18中的发光二极管发光，其内部的三极管导通。光耦U18的输出信号，连接至主控制小板的输出特性控制电路，通过该电路，可关闭U2PWM（UC3846）芯片的脉冲输出，使空气等离子切割机停止输出电流。在冷却风机的作用下，当过热现象消除时，控制电路才能继续输出PWM控制信号。同时过热指示灯（黄色）熄灭。这就实现了空气等离子切割机过热保护。

本发明空气等离子切割机其它部分功能电路的工作原理简述如下：如附图2所示，L与N端连接到220V-240V/50Hz供电电源。电源开关S1接通电网电源后，空气等离子切割机通电。其前面板上的白色电源指示灯点亮。从电网来的交流电，先经过输入滤波电路，再经过整流器BD1整流后变为脉动直流电。整流后的输出，先经过3PTC1热敏电阻，之后，对C60-1、C60-2、C60-3大电解电容（470µF/400V等）进行充电，电压逐渐升高，最后变为较为稳定的+310V直流电，由A、B间输出到后级电路。

前面已经描述，附图2中，JR1继电器的动作时间是滞后于电源开关S1合上时刻的。即JR1继电器是延时动作的。当C60-1、C60-2、C60-3大电解电容（470µF/400V等）上的充电电压稳定后，JR1继电器才动作，其触头闭合，短路3PTC1热敏电阻，使本发明空气等离子切割机正常逆变工作时，大电流是从JR1继电器的触头流过的。这样的电路，称为上电缓冲电路。主要是防止电源开关S1接通瞬间，由于C60-1、C60-2、C60-3大电解电容上没有电压，相当于短路，会形成较大的浪涌电流，烧坏电源开关S1。而上电缓冲电路的作用，就是通过合闸瞬间串入3PTC1热敏电阻来限制浪涌电流的。并且，3PTC1热敏电阻的阻值是随其温度上升而增大的。因此，上电缓冲电路可起到较好的保护作用。

C60-1、C60-2、C60-3大电解电容起着滤波的作用。+310V直流电一方面供给由IGBT1~IGBT4 IGBT管、T11逆变主变压器，9D1、9D3、D6和D8快速恢复二极管、输出滤波电路等组成的全桥逆变主电路，其功能主要为：在IGBT驱动电路和PWM脉冲的作用下，把高压直流电转换为中频（几十KHz）交流电。T11逆变变压器实现电压降压和大电流输出的变换。9D1、9D3、D6和D8快速恢复二极管则是把逆变变压器输出的中频交流电变换为直流电。由于它变换后的电流波形是脉动的，不稳定，不利于切割过程的稳定，因此，采用电流滤波电抗器LX进行滤波。这样，输出的电流波形就会变得稳定。有利于获得高质量的切割缝。

另一方面，A与B之间的+310V直流电供给由开关电源变压器T4、光耦U11和U28、开关电源PWM（脉冲宽度调制）控制芯片U30（UC3845B）、U29场效应管，7805、7815和7915集成稳压器，以及它们周围的电阻、电容、稳压管等器件组成的开关电源电路，其作用是产生+5V、+15V、+24V、-15V电源电压，供给相应的控制电路等带电工作。对于开关电源电路部分，为确保控制电路的安全，采用了U11和U28光电耦合器进行隔离。通过T4的隔离，把开关电源电路分为低压侧和高压侧电路部分。在开关电源电路的低压侧电路部分，开关电源变压器T4的次级有两个绕组，一个是独立的次级绕组，另一个是带有中心抽头的次级绕组，后者用于产生+5V、+15V、+24V、-15V电源，前者用于切割枪开关控制电路供电和控制；对于独立的次级绕组及其输出电源电路部分，附图2中，S为切割枪开关，该开关在切割枪上，开关的两根控制线通过航空插头连接到切割机前面板下方的二芯航空插座，通过插座的连接线，连接至开关电源电路中的输出部分。当切割枪开关S闭合时，可使光耦U11中发光二极管发光，其光耦中的输出级三极管导通，最终去控制切割机的其它电路。由于切割枪开关线比较长，同时，切割枪电缆中有大电流的导线、并且引弧时还有高频高压信号通过切割枪的导线，因此，会对切割枪的开关控制线带来干扰，设置上述切割枪开关线抗干扰电路，其作用就是利用滤波电容、电感、光耦等组成的电路，降低来自切割枪开关控制线的干扰，确保切割机控制电路的可靠工作。

空气等离子切割机后面板的开关S1合上接通供电电源极短的时间后（此期间，空气等离子切割机电路进行上电缓冲控制，有一定的延时控制），空气等离子切割机内部的上述各控制板带电工作。前面板上的白色电源指示LED灯亮，指示空气等离子切割机带电。

当连接好所需的切割枪、工件连接电缆、压缩空气供气系统、通电后，即可开始空气等离子切割操作。当操作者调节好前面板上切割电流的给定电位器信号Ug，并按下切割枪的开关进行切割时，在控制电路的作用下，切割机内部主控制小板上的U2 PWM（UC3846）脉冲宽度控制电路产生一个占空比较大的脉冲信号，使IGBT的驱动电路工作，使两组IGBT处于交替导通状态，最终使逆变主电路输出空载电压。与此同时，电磁气阀动作，输送压缩空气至切割枪；高频引弧电路工作，产生高频高压引弧信号，当切割枪与工件之间距离满足引弧要求时，形成等离子弧；通过电流检测环或电流互感器，由电流检测和整流变换电路可检测到逆变主电路中的变压器初级电流信号，即电流负反馈信号Ufi。该电流负反馈信号Ufi，与切割电流给定信号Ug进行比较，比较后的差值信号，通过输出特性控制电路，进行PI（比例和积分）调节控制，其PI电路环节输出的结果控制U2 PWM芯片（UC3846）的AA5、AA7输出脉冲宽度或占空比。再通过IGBT的驱动电路，控制逆变主电路中IGBT的通断时间，最终决定空气等离子切割机输出电流和电压的大小，实现输出电流参数的准确控制，并使空气等离子切割机的输出特性为恒流的下降特性。进一步地说，当电流给定信号Ug不变时，随着切割机电路检测到的负反馈Ufi电流信号增加，并且，达到给定的设定值后，电流给定Ug信号与Ufi电流负反馈控制信号的差值会随电流增加而减小，通过PI控制后，使切割机输出PWM芯片（UC3846）的脉冲宽度或占空比减小，切割机的输出电压降低。这一过程，也就是所谓的电流截止负反馈控制，即只有当电流达到电流电位器的设定值后才起作用的反馈控制。此后，随着电流微小的增加，电压降低会很多。随着电压的降低，控制电路可使U2 PWM芯片（UC3846）的脉冲宽度或占空比增加，使切割电流按照设定的参数输出，最终形成恒流下降特性。当电流给定信号变化时，电流截止负反馈设定值不同，但其它的控制过程是类似的。这样，在电位器设定的最小和最大之间，就可获得无数条下降特性曲线。这样的控制，也是满足空气等离子弧切割的基本要求。如果准备不进行切割时，只要关闭切割枪开关，使切割枪离开工件，切割机处于停止输出状态。

关于本切割机其它部分电路的工作过程，由于以上部分已经进行了许多说明。这里就不再详细赘述了。

关于本发明切割机的硬件电路抗干扰措施，主要有以下几个方面：

1）输入滤波电路。见附图2，输入滤波电路由7MT1、7MT2共模电感、7R1电阻、7C3~7C7电容组成，7C7电容并联在切割机电源开关S1的后级两端，其后级连接7MT1共模电感，7MT1共模电感的后级并联有7R1电阻、7C5电容，7MT1共模电感的一端连接7C3电容，7MT1共模电感的另一端连接7C4电容，7C3电容和7C4电容的另一端连接至PE端（机架）或切割机的保护性接地端；7MT1共模电感的后级连接有7MT2共模电感，7MT2共模电感的后级并联7C6电容和切割机整流器BD1的输入端。输入滤波电路一方面可防止来自电网的干扰信号进入切割机的控制电路，另一方面，也可减小来自切割机自身产生的干扰信号进入电网。本输入滤波电路的设置是保证本发明切割机能够通过EMC电磁兼容性认证的重要前提条件之一，也是硬件电路抗干扰、提高本切割机可靠性的重要措施之一。

2）输出滤波电路。见附图2，切割机主电路中的输出滤波电路由输出电流滤波电感LX、电阻9R1~9R6、滤波电容9C1~9C6、压敏电阻9VR2和9VR3、二极管9Z1~9Z3组成；9R1与9C1串联，之后再并联在输出整流快速恢复二极管9D1的两端，类似地，9R2与9C2串联，之后再并联在输出整流快速恢复二极管D6的两端；9R3与9C3串联，之后再并联在输出整流快速恢复二极管9D3的两端；9R4与9C4串联，之后再并联在输出整流快速恢复二极管D8的两端；D6、D8、9D1、9D3组成全波整流电路，该电路的输入端并联在逆变主变压器T11的次级输出绕组两端；9R5并联在全波整流电路的输出两端；全波整流电路的负端连接LX滤波电感，LX滤波电感的另一端与全波整流电路的输出正极性端之间并联有9R6电阻、9C5电容、插头9CN1，以及二极管9Z1~9Z3和9VR2组成的串联电路；该串联电路的特征是：9Z1~9Z3三个正极性串联，其9Z1的阳极端连接全波整流电路的输出正极性端，其9Z3的阴极连接9VR2，9VR2连接LX滤波电感和输出高频耦合变压器T2的一端；T2的另一端连接负输出端；全波整流电路的输出正极性端还连接至正输出端，同时，还连接9VR3和9C6的一端，9VR3和9C6的另一端连接至切割机的PE端或保护性接地端（机架）。输出滤波电路可抑制电流波动，减小电流波形中的毛刺突变信号，降低快速恢复二极管整流过程中的尖峰干扰信号，同时也可保护D6、D8、9D1、9D3快速恢复二极管，并防止来自切割机输出端的干扰信号进入其控制电路，从而提高切割机的可靠性。

3）IGBT开关和逆变电路的抗干扰措施。见附图2，在IGBT逆变全桥电路的输入级部分，即在A、B两端并联有C85和C86抗干扰CBB电容；在逆变主电路工作过程中，IGBT开关器件在通断控制过程中，会产生尖峰干扰信号。这些干扰信号是通过并联在IGBT器件两端的电阻和电容（如R81、C21-1；R82、C22-1；R83、C23-1；R84、C24-1）抗干扰电路来加以降低或控制的。

4）直流电源电压的抗干扰措施。见附图2，在+310V电源引入开关电源电路的输入端对机架或保护性接地之间，设置C59和C60抗干扰电容；在产生+5V、+15V、-15V电源电路的输入端，设置滤波电容，如C4、C12、C18电容；在+5V、+15V、-15V电源的输出对地之间，设置滤波电容，如C2、C30、C30-1；在运算放大器+15V、-15V电源对地之间，以及PWM芯片的+15V电源对地之间，设置去耦电容，如C16、C17、C31、C32。

5）IGBT驱动的抗干扰措施。见附图2，如C29、C69、C41、C42、C44、C47抗干扰电容，以及C6、C45电解电容和R58组成的“π”型滤波电路。

6）切割枪开关的抗干扰措施。见附图2，S为切割枪开关，切割枪开关S的一端连接滤波电感L1，切割枪开关S的另一端连接滤波电感L2，滤波电感L2的另一端连接D26的阴极、C18、电解电容C20的正极、R18电阻、C11，D26的阳极连接开关电源变压器T4次级独立绕组的异名端（不带“●”的一端），滤波电感L1的另一端连接R11、C13、D3二极管的阴极、C11的另一端，R11的另一端连接光耦U11中发光二极管的阳极，光耦U11中发光二极管的阴极、C13和C18及R18的另一端、电解电容C20的负极均连接至开关电源变压器T4次级独立绕组的同名端（带“●”的一端）。当切割枪开关S闭合时，可使光耦U11中发光二极管发光，其光耦中的输出级三极管导通，最终去控制切割机的其它电路。由于切割枪开关线比较长，同时，切割枪电缆中有大电流的导线、并且引弧时还有高频高压信号通过切割枪的导线，因此，会对切割枪的开关控制线带来干扰，设置上述切割枪开关线抗干扰电路，其作用就是利用滤波电容、电感、光耦等组成的电路，降低来自切割枪开关控制线的干扰，确保切割机控制电路的可靠工作。

此外，在结构设计方面，还有电磁屏蔽的措施。本发明的大控制板3立着安装在机壳底板11上，主控制小板35焊装在大控制板3上，高频控制板36安装在大控制板3上，并与主控制小板35和大控制板3留有足够的爬电距离，这样切割机的控制电路部分相当于被外壳2、底板11和后面板、前面板组成的金属外壳包围，可起到隔离强电磁干扰、限制电磁辐射等作用。

上述措施是保证本发明电路制成的空气等离子切割机产品工作可靠性的一个重要前提之一。

以上是本发明空气等离子切割机各个电路部分以及空气等离子切割工艺方法的简要控制过程说明。由于本发明已经给出了附图1的空气等离子切割机结构示意图以及附图2的详细电路原理图，因此，对于有电路等阅读能力（或具备相关知识）的人来说，是完全可以读懂的。电路图就是一种无声的语言。但是，对于没有电路阅读能力（或不具备相关电路知识）的人来说，即使解释的再多，他们也是难以理解的。鉴于篇幅的关系，本文只能阐述主要的部分，以使读者能够更好地理解相关的工作原理和过程。

通过上述说明可见，本发明切割机的结构和电路有自己独特的设计思路和方法。不仅可实现空气等离子切割工艺方法，而且，所设计的控制电路和空气等离子切割机的整机结构，也可使本发明空气等离子切割机产品满足安全性和电磁兼容性认证要求，具有良好控制性能、高电磁兼容性和可靠性，也是满足产品高效和低成本生产、制造工艺技术先进性的重要保障。本发明专利申请保护的内容就在于保护这种空气等离子切割机的结构和电路设计。

此外，本发明的电路板之间连接简单，电路板上器件很多是采用自动贴片机和插件机完成加工的，其制作工序和生产工艺大为简化，降低产品重量、生产和运输成本。

以上内容是结合具体的空气等离子切割机结构和电路板及控制功能对本发明所作的详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对本发明所述技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干其它的推演和变换，这些都应该视为属于本发明保护的范畴。