CN102101207A

CN102101207A - 空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源

Info

Publication number: CN102101207A
Application number: CN2009102153566A
Authority: CN
Inventors: 刘希臣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-06-22

Abstract

本发明涉及一种机械加工领域中的电火花加工脉冲电源——空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源。它包括整流滤波电路(1)、电压调节电路(2)、脉冲形成电路(3)、电压电流检测电路(5)、触发脉冲控制电路(6)、驱动电路(7)。该脉冲电源可在放电击穿前为加工放电间隙(4)提供100V～400V可调的空载电压，击穿后为放电间隙提供可调的恒定加工电流，具有自适应调压和等电流脉冲宽度特性，可实现空载电压、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔的大范围独立调整，加工效率高、加工精度高，取消了耗能严重的限流电阻，电能利用率高。

Description

空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源

技术领域

本发明涉及一种机械加工领域中的电火花加工脉冲电源。

背景技术

脉冲电源是电火花加工系统中的一个重要组成部分，其性能对电火花加工的生产率、加工精度、表面加工质量、电极损耗和电能利用率等有较大的影响。

脉冲电源提供电火花加工蚀除材料时所需的能量，消耗电火花加工机床的80％以上的能量。电火花加工脉冲电源自产生以来经历了不可控RC、RLC非独立式脉冲电源，放电间隙和直流电源各自独立、互相隔离的独立式脉冲电源，以及在独立式脉冲电源的基础上派生出的其它脉冲电源，如高低压复合脉冲电源、多回路脉冲电源、等脉冲电源、自选加工规准的智能化脉冲电源和自适应脉冲电源等。目前国内外常用的电火花加工脉冲电源大都采用在放电主回路串联限流电阻的工作方式，其电能利用率为25％，而将近75％的电能则以热量的形式消耗在限流电阻上，这在降低电能利用率的同时，也对脉冲电源的散热系统和电子元件的工作性能提出了较高的要求。为了降低电火花加工脉冲电源的损耗，国内外科技工作者对电火花加工节能脉冲电源开展了大量的研究工作，这些研究工作共同特点是采用电感元件或变压器线圈中的电感代替限流电阻进行限流和储能，使脉冲电源的电能利用率得到较大的提高，但限制了脉冲参数的调节范围，并且空载电压不可调。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型电火花加工节能脉冲电源，彻底取消耗能严重的限流电阻，在大幅度提高脉冲电源能量利用率的同时，该脉冲电源还具有自适应调压及等电流脉冲宽度等功能，可实现空载电压、脉冲宽度、脉冲间隔的大范围独立调整，该脉冲电源输出的电压、电流脉冲前沿上升快，且不会出现电流拖尾，稳压电容C₃电容值可以相对较大，在间隙刚击穿时可以产生一个很大的电流尖脉冲，产生足够的爆炸力，加工效率高且不易出现断弧，电流尖脉冲过后又恒流加工。

本发明的原理：所发明的空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源由整流滤波电路1、电压调节电路2、脉冲形成电路3、电压电流检测电路5、触发脉冲控制电路6、驱动电路7等组成。电火花放电加工时该脉冲电源与工具电极和工件相连，放电蚀除加工时所需要的能量由脉冲形成电路3提供；电压电流检测电路5把所检测到的电压、电流信号传送给触发脉冲控制电路6；触发脉冲控制电路6在对所接收到的电压、电流信号进行分析处理的基础上，向驱动电路7发送控制信号；驱动电路7一路向电压调节电路2发送控制信号，另一路向脉冲形成电路3发送控制信号；触发脉冲控制电路6在接收到稳压电容低电压信号时，向驱动电路7发出关闭续流开关管的控制信号，反之，发送开通续流开关管的控制信号；触发脉冲控制电路6根据电流信号向驱动电路7发送控制信号，改变电压调节电路2的输出电压，使电感电流恒定；触发脉冲控制电路6根据控制要求向驱动电路7发送控制信号，控制放电加工的脉冲宽度、脉冲间隔。

本发明与目前常用的电火花加工脉冲电源相比具有如下优点：

1、具有恒流电源和传统RC电源的双重优点，脉间时对电容恒流充电电，积蓄能量，击穿时电容直接对间隙放电，产生很高的电流尖峰，产生足够的爆炸力，加工效率高，尖峰过后又对间隙恒流放电，加工精度高。

2、具有空载电压可调的特性，可以根据要求改变空载电压，提高加工精度与加工效率。

3、由于半桥逆变器的后级为恒流负载，因此在逆变器的两个开关管都关断时，励磁电流通过负载续流，磁通不需要复位，每个脉冲期间，磁通都是双极性变化，最高工作磁感应强度减小，降低了对变压器饱和磁感应强度的要求，从而减小脉冲变压器铁芯体积。

4、半桥逆变器根据电流反馈控制，续流开关管根据电压反馈控制，相互独立，控制简单。

附图说明

图1是本发明的空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源的原理图

图2是本发明的空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源的电路结构示意图

C₁、C₂是电解电容，C₃是可控制投切的电容组，M₁、M₂、M₃、M₄是功率开关管，D₁、D₂、D₃为二极管，L为电感，T为高频脉冲变压器。

具体实施方式

参见图1。本发明的空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源包括整流滤波电路1、电压调节电路2、脉冲形成电路3、电压电流检测电路5、触发脉冲控制电路6、驱动电路7。整流滤波电路1把交流电变成直流电，给电压调节电路2输送直流电；电压调节电路2根据电流反馈调节输出电压给脉冲形成电路3，使其保持恒流，在空载时通过续流管续流，当间隙击穿后为工件提供恒定加工电流，当脉冲放电进入放电间隔消电离时，又对稳压电容恒流充电到设定的空载电压，又进入续流阶段，如此往复地进行下去；驱动电路7将触发脉冲控制电路6发送的控制信号进行变换后再控制各开关管；电压电流检测电路5采集脉冲形成电路3中滤波电感的电流和稳压电容上的电压信号，输送给触发脉冲控制电路6，形成电压电流反馈。

参见图2。本发明的空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源的电路中容C₁、C₂与功率开关元件M₁、M₂构成半桥逆变电路，该半桥逆变电路在驱动电路7所发出的控制信号的作用下产生高频交流方波，并传送给脉冲变压器T的原边，在变压器T的副边产生频率、相位相同的高频交流方波，二极管D₁、D₂构成全波整流电路，将高频交流方波转换成高频直流方波，输送给电感L，电感L将高频直流方波电压转换成直流电流，功率开关管M₃在稳压滤波电容C₃的电压高于设定空载电压时为电感L提供续流回路，二极管D₃构成单向开关，使稳压滤波电容C₃在空载和脉间时保持空载电压不变，功率开关管M₄控制放电脉冲宽度和脉冲间隔。功率开关管M₄刚导通时，稳压滤波电容C₃上的电压加到间隙两端，进入击穿延时阶段，击穿时C₃放电，当电压低于设定空载电压时，功率开关管M₃立即关断，电感L电流通过间隙形成回路，为加工提供放电蚀除能量；功率开关管M₄关断，进入脉间阶段，此时由于C₃端电压等于维持电压，低于设定空载电压，功率开关管M₃继续关断，电感L电流对C₃恒流充电，当电压达到设定空载电压时，功率开关管M₃导通，为电感L续流。脉间时电源提供能量由电容储存，由于电容电压高于间隙维持电压，因此脉间期间对电容恒流充电积蓄的能量要比相等时间的恒电流放电所释放的能量大的多，而积蓄的能量又在击穿时释放到加工间隙，因此加工效率可以大大提高。电容C₃的大小，根据设定电流、设定空载电压、设定脉间大小自动计算投切。电压检测电路并联于稳压滤波电容C₃两端，采集电压信号，传送给触发脉冲控制电路6；电流检测电路串联于电感回路中，采集电流信号，传送给触发脉冲控制电路6。

Claims

1.一种空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源，它包括整流滤波电路(1)、电压调节电路(2)、脉冲形成电路(3)、电压电流检测电路(5)、触发脉冲控制电路(6)、驱动电路(7)，其特征是整流滤波电路(1)输出直流电压给电压调节电路(2)，电压调节电路(2)根据驱动电路(7)发送的驱动信号调节输出电压给脉冲形成电路(3)，脉冲形成电路(3)根据驱动电路(7)发送的驱动信号决定是向电容恒流充电或者电感续流，或者向放电加工间隙(4)输出电压电流复合脉冲，提供放电蚀除加工所需要的能量，电压电流检测电路(5)采集脉冲形成电路(3)中滤波电感的电流和稳压电容上的电压信号，输送给触发脉冲控制电路(6)，触发脉冲控制电路(6)在对所接收到的电压电流信号进行分析处理的基础上向驱动电路(7)发送触发控制信号。

2.根据权利要求1所述的空载电压可调的电流型节能电火花加工脉冲电源，其特征在于：电容C₁、C₂与功率开关元件M₁、M₂构成半桥逆变电路，该半桥逆变电路在驱动电路(7)所发出的控制信号的作用下向脉冲变压器T的原边输送高频脉冲电压，变压器T的副边与二极管D₁、D₂构成带中间抽头的全波整流电路，电感L为恒流滤波电感，电容C₃为稳压滤波电容，功率开关管M₃为电感L续流，二极管D₃使电容C₃在空载和脉间时保持空载电压，功率开关管M₄控制放电脉冲宽度和脉冲间隔。