CN101767229B - 放电加工机节能放电电源 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种放电加工机节能放电电源，其包含有：一交流电源；一交流转直流电压转换装置；一直流转直流电压转换装置；一限流单元；一限时单元；以及一控制单元。为此减少不必要的电源浪费，达到节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种放电加工机节能放电电源，尤指一种可减少不必要的电源浪费。
背景技术
放电加工是利用电极以放电高温熔融原理来加工工件，图1所示为传统限流电阻式的放电加工电源，其放电回路是由一交流220V电源、交流功率变压器T2、桥式整流器A、限流电阻R2、防止逆向电流二极管D12与晶体管Q5所组成，动作原理为首先由交流功率变压器T2将市电交流220V降压成为交流56～70V，之后再由桥式整流器A整流滤波成为直流80～100V，再经由限流电阻R2限流，此时当晶体管Q5导通时两极间产生高压直流电，在两极间隙达到适当的距离时便会产生破坏绝缘的放电电流，直到晶体管Q5截止时电流才会变为零，经过晶体管Q5截止时间后再次的将晶体管Q5导通，如此循环控制晶体管Q5导通与截止时间，便可得到一连串的放电电流。此种电源的缺点在于，交流功率变压器T2会随着其功率越大，体积越大；而损耗方面，在于限流电阻R2上损耗的功率为所流过电流的平方与限流电阻R2的乘积，因其损耗功率极大，所以选用限流电阻R2的瓦特数也相对提高，造成体积庞大与散热不易等问题。电源实际使用于放电加工上约仅30％，其余70％的能源耗损在限流电阻R2上，造成效率低落。
因此，如何研发出一种放电加工机节能放电电源，其可提高电源使用效率，达到有效节约能源的目的，将是本发明所欲积极探讨之处。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提出一种放电加工机节能放电电源，其主要特性为提高电源使用效率，进而有效节约能源。
为了实现上述目的，本发明提供的一种放电加工机节能放电电源，包含有：一交流电源，其输出一交流电压；一交流转直流电压转换装置，其与该交流电源耦接并将该交流电压转为一第一直流电压；一直流转直流电压转换装置，其与该交流转直流电压转换装置耦接并将该第一直流电压转为一第二直流电压，其中该第二直流电压会随负载增大而下降；一限流单元，其与该直流转直流电压转换装置耦接并限制其输出电流的大小；一限时单元，其与该限流单元耦接，以限制该输出电流的电流输出时间，进而限制一电极对一工件加工与休止的时间；以及一控制单元，其与该限时单元耦接并提供一放电时序脉波，用以控制该限时单元的导通与截止。
为了实现上述目的，本发明还提供另一种放电加工机节能放电电源，包含有：一直流电源，其输出一第一直流电压；一直流转直流电压转换装置，其与该直流电源耦接并将该第一直流电压转为一第二直流电压，其中该第二直流电压会随负载增大而下降；一限流单元，其与该直流转直流电压转换装置耦接并限制其输出电流的大小；一限时单元，其与该限流单元耦接，以限制该输出电流的电流输出时间，进而限制一电极对一工件加工与休止的时间；以及一控制单元，其与该限时单元耦接并提供一放电时序脉波，用以控制该限时单元的导通与截止。
本发明的有益功效在于，由将直流转直流电压转换装置设定在高电压调整率的状态下，当放电加工机开始加工时会先产生一高压直流电引弧，当引弧成功后，直流转直流电压转换装置的输出电压会下降，减少不必要的电源浪费，达到节能的目的。其中限流单元使用电子开关，利用控制电子开关的特性，来产生不同的电流大小，以此方式达到限电流的目的。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现有限流电阻式的放电加工电源；
图2为本发明的一具体实施例的系统示意图；
图3为本发明的另一具体实施例的系统示意图；
图4为本发明的一具体实施例的电路示意图；
图5a为根据图4电路使用等频率的方法的相关波形时序图；
图5b为根据图4电路使用等能量的方法的相关波形时序图。
其中，附图标记
1交流电源
2交流转直流电压转换装置
3直流转直流电压转换装置
4限流单元
5限时单元
6控制单元
7电极
8工件
9直流电源
10直流转直流电压转换装置
11限流单元
12限时单元
13电极
14工件
15控制单元
16电源转换器单元
17主放电电路
18引弧电路
19限流及限时装置单元
T1高频变压器
T2交流功率变压器
A桥式整流器
R1电阻
R2电阻
D1二极管
D2二极管
D3二极管
D4二极管
D5二极管
D6二极管
D7二极管
D8二极管
D9二极管
D10二极管
D11二极管
D12二极管
Q1电能切换开关
Q2电能切换开关
Q3限电流开关
Q4电能切换开关
Q5晶体管
C1电容器
C2电容器
C3电容器
C4电容器
C5电容器
C6电容器
U1控制与驱动装置
U2稳压装置
U3驱动装置
U4控制器装置
U5放电波形控制装置
Np线圈匝数
Ns1线圈匝数
Ns2线圈匝数
Ns3线圈匝数
具体实施方式
为充分了解本发明的特征及功效，兹由下述具体的实施例，并配合所附图，对本发明做一详细说明，说明如后：
图2为本发明的一具体实施例的系统示意图，请参考图2，本发明的一种放电加工机节能放电电源，包含有：一交流电源1，其输出一交流电压；一交流转直流电压转换装置2，其与该交流电源1耦接并将该交流电压转为一第一直流电压；一直流转直流电压转换装置3，其中该直流转直流电压转换装置3是由一主放电电路与一引弧电路所构成，其与该交流转直流电压转换装置2耦接并将该第一直流电压转为一第二直流电压，其中该第二直流电压会随负载增大而下降，一般来说，较佳是其下降的电压不低于25伏特，通常该直流转直流电压转换装置3为一线性电源转换器或一切换式电源转换器(例如，降压型电源转换器(Buck converter)、升压型电源转换器(Boost converter)、升降压型电源转换器(Buck-boost converter)、邱克电源转换器(C’uk converter)、返驰式电源转换器(Flyback converter)、顺向式电源转换器(Forward converter)、半桥式电源转换器(Half-bridge converter)、全桥式电源转换器(Full bridge converter)或推挽式电源转换器(Push-pull converter))；一限流单元4，其与该直流转直流电压转换装置3耦接并限制其输出电流的大小，其中该限流单元4较佳是利用控制至少一电子开关，以产生不同的输出电流大小，且较佳是该限流单元4由金氧半场效晶体管(MOSFET)或双极性接面晶体管(BJT)构成；一限时单元5，其与该限流单元4耦接，以限制该输出电流的电流输出时间，进而限制一电极7对一工件8加工与休止的时间；以及一控制单元6，其与该限时单元5耦接并提供一放电时序脉波，用以控制该限时单元5的导通与截止，而本发明所述的放电加工机节能放电电源，其可由多个并联来供应负载电流。
图3为本发明的另一具体实施例的系统示意图，请参考图3，本发明的一种放电加工机节能放电电源，包含有：一直流电源9，其输出一第一直流电压；一直流转直流电压转换装置10，其中该直流转直流电压转换装置10是由一主放电电路与一引弧电路所构成，其与该直流电源9耦接并将该第一直流电压转为一第二直流电压，其中该第二直流电压会随负载增大而下降，一般来说，较佳是其下降的电压不低于25伏特，通常该直流转直流电压转换装置10为一线性电源转换器或一切换式电源转换器(例如，降压型电源转换器(Buck converter)、升压型电源转换器(Boost converter)、升降压型电源转换器(Buck-boost converter)、邱克电源转换器(C’uk converter)、返驰式电源转换器(Flyback converter)、顺向式电源转换器(Forward converter)、半桥式电源转换器(Half-bridge converter)、全桥式电源转换器(Full bridge converter)或推挽式电源转换器(Push-pull converter))；一限流单元11，其与该直流转直流电压转换装置10耦接并限制其输出电流的大小，其中该限流单元11较佳是利用控制至少一电子开关，以产生不同的输出电流大小，且较佳是该限流单元11由金氧半场效晶体管(MOSFET)或双极性接面晶体管(BJT)构成；一限时单元12，其与该限流单元11耦接，以限制该输出电流的电流输出时间，进而限制一电极13对一工件14加工与休止的时间；以及一控制单元15，其与该限时单元12耦接并提供一放电时序脉波，用以控制该限时单元12的导通与截止，而本发明所述的放电加工机节能放电电源，其可由多个并联来供应负载电流。
图4为本发明的一具体实施例的电路示意图以及图5为根据图4电路的相关波形时序图，其中图5a为使用等频率的方法，图5b为使用等能量的方法，请同时参考图4及图5a、图5b，本具体实施例依其系统功能可分为三大部份：电源转换单元、限流及限时单元与控制单元，分述如下：
电源转换器单元16：电源转换器单元16中的直流转直流电压转换装置3是由主放电电路17与引弧电路18所构成。主放电电路17，用以提供放电加工机主要加工时的电源；引弧电路18，装设于直流转直流电压转换装置3中的高频变压器T1二次绕组上，用以产生引弧放电的高压直流电。主放电电路17动作如下，首先将交流电源1经过二极管D1～D4所组成的桥式整流器全波整流(即，交流转直流电压转换装置2)，再经过电容器C1滤波，产生一高压直流电压V2，再经由控制与驱动装置U1供给电压至电能切换开关Q1、Q2，此时电能切换开关Q1、Q2随着控制与驱动装置U1所送出的信号频率做高频切换动作，并将整流滤波后的直流电压切割成高频方波信号，再经过高频变压器T1隔离与降压之后将能量传送至高频变压器T1二次侧的整流滤波电路做整流与低通滤波的动作，成为一稳定直流电压V3，其输出电压具有随负载增大而下降的特性。引弧电路18动作如下，首先全波整流电路将高频交流电做全波整流，再经过滤波电路做低通滤波，使其产生一稳定的高压直流电压V4，当高压直流电将绝缘介质打穿之后，会开始产生放电，此时引弧电路18的高压直流电压V4会因电阻R1限制其输出电流，导致输出功率不足而电压开始下降。整个电源转换器单元16动作如下，当放电加工机开始加工时，引弧电路18会先产生一高压直流电V4，当高压直流电V4将绝缘介质打穿之后，会开始产生放电，此时引弧电路18输出的高压直流电V4会因输出功率不足而电压开始下降，当其下降至小于主放电电路17的输出电压V3电位以后，二极管D11会导通，此时，主放电电路17作为一电流源使用，提供放电加工机主要加工时的能量，并将能量传输至限流及限时装置单元。
限流及限时单元19：限流及限时单元19由限流单元4与限时单元5所构成。限流单元4用以限制放电加工机加工时的电流大小；限时单元5用以限制放电加工机的加工与休止时间。整个限流及限时装置单元19动作如下，首先由稳压装置U2提供一稳定的特殊驱动电压并供给至限电流开关Q3，由此电压的大小限制限电流开关Q3导通程度，导通程度愈大，放电加工机输出电流也愈大；相反的，导通程度愈小，放电加工机输出电流也愈小。接着，再由驱动装置U3做隔离驱动的方式供给电能切换开关Q4所需的驱动电压，经由电能切换开关Q4导通与否来限制放电加工机的加工时间，由此动作做为放电加工机加工时的ON time与OFF time功能。
控制单元6：控制单元6由控制器装置U4与放电波形控制装置U5所构成。放电波形控制装置U5用以提供等能量或等频率的放电时序脉波至各放电电源回路来控制切换开关导通与截流(ON-OFF)时间。整个控制单元6动作如下，首先由使用者在控制装置U4设定加工参数，经由一总线传递给放电波形控制装置U5，放电波形控制装置U5产生放电时序脉波，脉波经驱动装置U3，控制切换开关Q4，与放电回路连接来切换产生放电脉波。
由以上所述可以清楚地知道，本发明是提供一种放电加工机节能放电电源，其可提高电源使用效率，达到有效节约能源的目的。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种放电加工机节能放电电源，其特征在于，包含有：
一交流电源，其输出一交流电压；
一交流转直流电压转换装置，其与该交流电源耦接并将该交流电压转为一第一直流电压；
一直流转直流电压转换装置，其与该交流转直流电压转换装置耦接并将该第一直流电压转为一第二直流电压，其中该第二直流电压会随负载增大而下降；该直流转直流电压转换装置进一步包括一主放电电路与一引弧电路，其中该主放电电路，用以提供放电加工机主要加工时的电源，该引弧电路，用以产生引弧放电的高压直流电；
一限流单元，其与该直流转直流电压转换装置耦接并限制其输出电流的大小；
一限时单元，其与该限流单元耦接，以限制该输出电流的电流输出时间，进而限制一电极对一工件加工与休止的时间；以及
一控制单元，其与该限时单元耦接并提供一放电时序脉波，用以控制该限时单元的导通与截止。
2.根据权利要求1所述的放电加工机节能放电电源，其特征在于，该限流单元利用控制至少一电子开关，以产生不同的输出电流大小。
3.根据权利要求1所述的放电加工机节能放电电源，其特征在于，该限流单元为金氧半场效晶体管或双极性接面晶体管。
4.根据权利要求1所述的放电加工机节能放电电源，其特征在于，该直流转直流电压转换装置为一线性电源转换器或一切换式电源转换器。
5.根据权利要求4所述的放电加工机节能放电电源，其特征在于，该切换式电源转换器为降压型电源转换器、升压型电源转换器、升降压型电源转换器、邱克电源转换器、返驰式电源转换器、顺向式电源转换器、半桥式电源转换器、全桥式电源转换器或推挽式电源转换器。
6.一种放电加工机节能放电电源，其特征在于，包含有：
一直流电源，其输出一第一直流电压；
一直流转直流电压转换装置，其与该直流电源耦接并将该第一直流电压转 为一第二直流电压，其中该第二直流电压会随负载增大而下降；该直流转直流电压转换装置进一步包括一主放电电路与一引弧电路，其中该主放电电路，用以提供放电加工机主要加工时的电源，该引弧电路，用以产生引弧放电的高压直流电；
一限流单元，其与该直流转直流电压转换装置耦接并限制其输出电流的大小；
一限时单元，其与该限流单元耦接，以限制该输出电流的电流输出时间，进而限制一电极对一工件加工与休止的时间；以及
一控制单元，其与该限时单元耦接并提供一放电时序脉波，用以控制该限时单元的导通与截止。
7.根据权利要求6所述的放电加工机节能放电电源，其特征在于，该限流单元利用控制至少一电子开关，以产生不同的输出电流大小。
8.根据权利要求6所述的放电加工机节能放电电源，其特征在于，该限流单元为金氧半场效晶体管或双极性接面晶体管。
9.根据权利要求6所述的放电加工机节能放电电源，其特征在于，该直流转直流电压转换装置为一线性电源转换器或一切换式电源转换器。
10.根据权利要求9所述的放电加工机节能放电电源，其特征在于，该切换式电源转换器为降压型电源转换器、升压型电源转换器、升降压型电源转换器、邱克电源转换器、返驰式电源转换器、顺向式电源转换器、半桥式电源转换器、全桥式电源转换器或推挽式电源转换器。
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