RU2113324C1

RU2113324C1 - Pulse generator for electric erosion machining

Info

Publication number: RU2113324C1
Application number: RU92001152A
Authority: RU
Inventors: В.В. Журавлев; В.Н. Ростригин
Original assignee: Журавлев Виктор Васильевич; Ростригин Вячеслав Николаевич; Инженерный внедренческий центр "Электрофизика"
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: electrophysical method of metal machining. SUBSTANCE: in pulse generator for electric erosion machining there are employed inductive energy accumulators having primary , secondary and control windings. Inductive accumulators store energy from power supply source through charge keys having control circuit composed of master generator, current pickup and unit controlling charge keys. Under mode of energy release inductive accumulator liberates it into interelectrode gap and if it is not punctured returns accumulated energy into power supply source through discharge keys. During pauses between pulses of working current formed by closure of power key shunting control winding of inductive energy accumulator the latter is under mode of storing of energy with little losses. EFFECT: enhanced efficiency of pulse generator. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки материалов и, в частности касается генераторов импульсов для электроэрозионных (ЭЭ) станков. The invention relates to the field of electrophysical methods of processing materials and, in particular, relates to pulse generators for electroerosive (EE) machines.

Известны ключевые, в частности транзисторные генераторы импульсов для ЭЭ станков, содержащие задающий генератор и источник питания, подключенный в межэлектродному промежутку (МЭП) через последовательную цепь, состоящую из транзистора и токоограничивающего активного сопротивления. Known are key, in particular transistor pulse generators for EE machines, containing a master oscillator and a power source connected in the interelectrode gap (MEP) through a serial circuit consisting of a transistor and current-limiting active resistance.

К недостаткам таких генераторов следует отнести низкий КПД, и увеличение тока между электродами при коротком замыкании МЭП. The disadvantages of such generators include a low efficiency, and an increase in the current between the electrodes during a short circuit of the MEP.

Известен также генератор импульсов, содержащий источник питания, подключенный к части обмотки дросселя через последовательную цепь из двух транзисторов, у которых между эмиттером первого и коллектором второго транзисторов включен дозирующий конденсатор, а эмиттер и коллектор одного транзистора соединены через диоды, соответственно, с эмиттером и коллектором другого транзистора, выход генератора подключен к части обмотки дросселя, все витки которой подключен к МЭП. A pulse generator is also known that contains a power source connected to a part of the inductor winding through a serial circuit of two transistors, in which a metering capacitor is connected between the emitter of the first and the collector of the second transistor, and the emitter and collector of one transistor are connected through diodes, respectively, to the emitter and collector another transistor, the output of the generator is connected to the part of the inductor winding, all turns of which are connected to the MEP.

К недостаткам данного генератора импульсов следует отнести то, что генератор имеет высокий КПД только во время разряда дозирующего конденсатора, а по окончании разряда источник питания подключается к МЭП через диоды, транзисторы и часть обмотки дросселя. The disadvantages of this pulse generator include the fact that the generator has high efficiency only during the discharge of the metering capacitor, and at the end of the discharge, the power source is connected to the MEP through diodes, transistors and part of the inductor winding.

Сила тока, протекающего через МЭП, в этом случае будет равна

,
где
E - напряжение источника питания (для устойчивой обработки обычно принимают E ≥80 B);
U_эп -амплитудное напряжение импульсов рабочего тока на МЭП (в зависимости от обрабатываемого материала U_эп = 18 - 20 B);
ΣR - суммарное активное сопротивление диодов, транзисторов, обмотки дросселя и внутреннего сопротивления источника питания.The strength of the current flowing through the MEP, in this case will be equal to

,
Where
E is the voltage of the power source (for stable processing usually take E ≥80 B);
U _{ep - the} amplitude voltage of the pulses of the working current on the MEP (depending on the processed material U _ep = 18 - 20 V);
ΣR is the total active resistance of diodes, transistors, inductor winding and internal resistance of the power source.

КПД при прохождении основной части силового импульса будет равен

,
откуда видно, что он не может превышать 25%. Кроме того при коротком замыкании МЭП увеличивается сила тока, протекающего между электродами, так как

;
где J_к.з. - ток короткого замыкания.The efficiency during the passage of the main part of the power pulse will be equal to

,
from which it can be seen that it cannot exceed 25%. In addition, with a short circuit of the MEP, the current flowing between the electrodes increases, since

;
where J _short - short circuit current.

Увеличение тока короткого замыкания приводит также к недоиспользованию транзисторов по току, так как рабочий ток значительно ниже тока короткого замыкания, на который должны быть рассчитаны транзисторы. An increase in short circuit current also leads to underutilization of current transistors, since the operating current is much lower than the short circuit current for which transistors should be designed.

Цель изобретения - снижение потребляемой мощности за счет увеличения КПД и уменьшение тока короткого замыкания. The purpose of the invention is to reduce power consumption by increasing efficiency and reducing short circuit current.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом генераторе применены индуктивные показатели энергии, имеющие первичную и вторичную обмотки и обмотку управления; блоки зарядных ключей с цепями управления, позволяющие нормировать накапливаемую индуктивными накопителями энергию и амплитуду рабочего тока и тока короткого замыкания, так как индуктивные накопители энергии являются источником тока; силовые ключи с цепями управления, позволяющие формировать импульсы рабочего тока по длительности и паузы между ними и блоки разрядных ключей, позволяющие, в случае отсутствия пробоя МЭП, возвращать энергию, накопленную индуктивными накопителями в источник питания. This goal is achieved by the fact that the proposed generator uses inductive energy indicators having a primary and secondary winding and a control winding; blocks of charging keys with control circuits that allow normalizing the energy accumulated by inductive drives and the amplitude of the operating current and short circuit current, since inductive energy stores are a current source; power switches with control circuits, which make it possible to generate operating current pulses by duration and pauses between them and discharge key blocks, which allow, in the absence of MEP breakdown, to return the energy accumulated by inductive drives to the power source.

С целью увеличения производительности электроэрозионной обработки за счет увеличения силы тока к межэлектродному промежутку возможно параллельное подключение нескольких генераторов, имеющих общую схему управления силовыми ключами. Применение ведомых генераторов позволяет уменьшить у них выходное напряжение на вторичных обмотках индуктивных накопителей энергии до 25 - 30 B, что обеспечит возможность получения больших рабочих токов при использовании тех же ключевых элементов. In order to increase the productivity of electric discharge machining by increasing the current strength to the interelectrode gap, several generators with a common power switch control circuit can be connected in parallel. The use of slave generators allows them to reduce the output voltage on the secondary windings of inductive energy storage devices up to 25 - 30 V, which will provide the opportunity to obtain large working currents using the same key elements.

Так как Зарядные ключи коммутируют ток

,
где I₁ - ток первичной обмотки;
i₂ - ток вторичной обмотки;
W₂ - число витков вторичной обмотки;
W₁ - число витков первичной обмотки;
а силовые ключи коммутируют ток

,
где i_y - ток обмотки управления;
W_y - число витков обмотки управления.Since the charging keys switch current

,
where I ₁ is the current of the primary winding;
i ₂ is the current of the secondary winding;
W ₂ - the number of turns of the secondary winding;
W ₁ - the number of turns of the primary winding;
and power switches switch current

,
where i _y is the current of the control winding;
W _y - the number of turns of the control winding.

КПД предлагаемого генератора составляет 85 - 90%, а ток короткого замыкания ограничен величиной рабочего тока. Предлагаемый генератор позволяет также уменьшить его габариты и металлоемкость за счет исключения токоограничивающих сопротивлений, уменьшения количества ключевых элементов за счет более полного их использования по току и применения источника питания без силового трансформатора. The efficiency of the proposed generator is 85 - 90%, and the short circuit current is limited by the value of the operating current. The proposed generator can also reduce its size and metal consumption by eliminating current-limiting resistances, reducing the number of key elements due to their more complete current use and the use of a power source without a power transformer.

Функциональная схема генератора представлена на чертеже. Functional diagram of the generator shown in the drawing.

Генератор содержит источник питания 1, четыре датчика тока 2, 3, 4 и 5, два блока разрядных ключей 6 и 7, два блока зарядных ключей 8 и 9, блок управления зарядными ключами 10, задающий генератор 11, два индуктивных накопителя энергии, имеющих первичную и вторичную обмотки и обмотку управления, 12 и 13, два силовых ключа 14 и 15, блок управления силовыми ключами 16, блок сравнения 17, коммутатор 18 и два неуправляемых ключа 19 и 20, соединенных с одной стороны между собой и подключенных через датчик тока 3 к МЭП 21, неуправляемый ключ 19 подключен другим выводом через индуктивный накопитель энергии 12 к блоку зарядных ключей 8 и к блоку разрядных ключей 6, который с другой стороны подключен к источнику питания 1, датчику тока 2 и блоку разрядных ключей 7, второй вывод которого подключен через индуктивный накопитель энергии 13 к неуправляемому ключу 20, а через зарядных ключей 9 - к датчику тока 2 и блоку зарядных ключей 8. Управляющие входы блоков зарядных ключей 8 и 9 подключены, соответственно, к двум выходам блока управления зарядными ключами 10, два входа которого подключены, соответственно, к задающему генератору 11 и информационному выходу датчика тока 2. Два управляющих входа индуктивного накопителя энергии 12 соединены между собой через силовой ключ 14 и датчик тока 4, а два управляющих входа индуктивного накопителя энергии 13 соединены между собой через силовой ключ 15 и датчик тока 5. Информационные выходы датчиков тока 4 и 5 подключены, соответственно, к двум входам блока сравнения 17, подключенного своим выходом к входу коммутатора 18, второй вход которого подключен к третьему выходу блока управления зарядными ключами 10, а третий вход коммутатора 18 подключен через блок управления силовыми ключами 16 к информационному выходу датчика тока 3. Два выхода коммутатора 18 подключены, соответственно, к управляющим входам силовых ключей 14 и 15. The generator contains a power source 1, four current sensors 2, 3, 4 and 5, two blocks of discharge keys 6 and 7, two blocks of charging keys 8 and 9, a control unit for charging keys 10, a master generator 11, two inductive energy storage devices having a primary and a secondary winding and a control winding, 12 and 13, two power switches 14 and 15, a power switch control unit 16, a comparison unit 17, a switch 18 and two uncontrolled switches 19 and 20 connected to one another and connected via a current sensor 3 to the MEP 21, the unmanaged key 19 is connected to another output through h inductive energy storage 12 to the block of charging keys 8 and to the block of discharge keys 6, which on the other hand is connected to a power source 1, a current sensor 2 and the block of discharge keys 7, the second output of which is connected through an inductive energy storage 13 to an unmanaged key 20, and through the charging keys 9 to the current sensor 2 and the charging key unit 8. The control inputs of the charging key blocks 8 and 9 are connected, respectively, to the two outputs of the charging key control unit 10, the two inputs of which are connected, respectively, to the master generator torus 11 and the information output of the current sensor 2. Two control inputs of the inductive energy storage 12 are interconnected via a power switch 14 and a current sensor 4, and two control inputs of the inductive energy storage 13 are interconnected via a power switch 15 and the current sensor 5. Information outputs current sensors 4 and 5 are connected, respectively, to the two inputs of the comparison unit 17, connected by its output to the input of the switch 18, the second input of which is connected to the third output of the control unit of the charging keys 10, and the third input of the switch and 18 is connected through the power key control unit 16 to the information output of the current sensor 3. Two outputs of the switch 18 are connected, respectively, to the control inputs of the power keys 14 and 15.

Схема работает следующим образом. The scheme works as follows.

Блок управления зарядными ключами 10, выполненный, например на RS - триггерах, по управляющему сигналу от задающего генератора 11, например, релаксационного, попеременно замыкает ключи, например, транзисторы, или в блоке зарядных ключей 8 или в блоке зарядных ключей 9, подключая первичную обмотку индуктивного накопителя энергии 12 или 13 через датчик тока 2, состоящий, например, из шунта и компаратора, к источнику питания 1. Датчик тока 2 при достижении заданного уровня тока, устанавливаемого компаратором, через блок управления зарядными ключами 10 размыкает ключи в блоках зарядных ключей 8 или 9, индуктивный накопитель при этом переходит из режима накопления энергии в режим отдачи. The control unit for the charging keys 10, made, for example, on RS triggers, according to the control signal from the master oscillator 11, for example, a relaxation one, alternately closes the keys, for example, transistors, either in the block of charging keys 8 or in the block of charging keys 9, connecting the primary winding inductive energy storage device 12 or 13 through a current sensor 2, consisting, for example, of a shunt and a comparator, to a power source 1. Current sensor 2 when reaching a predetermined current level set by the comparator, through the control unit charging keys 10 azmykaet keys in units charging keys 8 or 9, wherein the inductive storage proceeds from the energy storage regime recoil mode.

Напряжение на вторичной обмотке индуктивного накопителя энергии меняет полярность и через неуправляемый ключ 19 иди 20, выполненный, например, на диоде, который становится открытым для данной полярности напряжения, прикладывается к МЭП 21. В случае отсутствия пробоя МЭП энергия, накопленная в индуктивном накопителе, возвращается в источник питания 1 через блок разрядных ключей 6 или 7, выполненный, например, на диодах, которые становятся открытыми, так как напряжение не первичной обмотке также меняет полярность. При пробое МЭП 21 блок управления силовыми ключами 16, выполненный, например, на ждущих мультивибраторах с регулируемой длительностью импульсов, по сигналу с датчика тока 3, выполненному, например, на токовом трансформаторе, начинает формировать импульс рабочего тока по длительности, по окончании которого через коммутатор 18, выполненный, например, на D-триггере и логических элементах 2И-НЕ, замыкает силовые ключи 14 и 15, выполненные, например, на транзисторах, шунтирующие обмотки управления индуктивных накопителей энергии и тем самым обесточивающие их вторичные обмотки и МЭП, и начинает формировать паузу между импульсами рабочего тока. В случае, когда оба индуктивных накопителя находятся в режиме отдачи энергии в блоке сравнения 17, выполненном, например, на компараторе, во время пауз между импульсами рабочего тока происходит сравнение энергии, оставшейся в индуктивных накопителях, по силе тока, протекающему через датчик тока 4 и 5 и силовые ключи 14 и 15. По окончании паузы блок управления силовыми ключами 16 через коммутатор 18 размыкает тот силовой ключ, через который шел больший ток. The voltage on the secondary winding of the inductive energy storage device reverses the polarity and, through an uncontrolled switch 19, go 20, made, for example, on a diode that becomes open for a given voltage polarity, is applied to the MEP 21. If there is no breakdown of the MEP, the energy stored in the inductive storage is returned to the power source 1 through the block of discharge keys 6 or 7, made, for example, on diodes that become open, since the voltage on the primary winding also changes polarity. When the MEP 21 is broken, the power switch control unit 16, made, for example, on standby multivibrators with an adjustable pulse duration, starts to generate a working current pulse by the signal from the current sensor 3, made, for example, on a current transformer, after which through the switch 18, made, for example, on a D-flip-flop and logic elements 2I-NOT, closes the power switches 14 and 15, made, for example, on transistors, shunting the control windings of inductive energy storage devices and thereby de-energize digits together with their secondary winding and the IEP, and starts to form the pause between the pulses the operating current. In the case when both inductive drives are in the energy transfer mode in the comparison unit 17, made, for example, on a comparator, during pauses between pulses of the working current, the energy remaining in the inductive drives is compared according to the current flowing through the current sensor 4 and 5 and power switches 14 and 15. At the end of the pause, the power switch control unit 16 through the switch 18 opens the power switch through which the greater current flowed.

Кроме того блок управления зарядными ключами 10 запрещает коммутатору 18 размыкать силовой ключ, подключенный к обмотке управления индуктивного накопителя, находящегося в режиме накопления энергии, и, если переход индуктивного накопителя из режима отдачи энергии в режим накопления происходит во время прохождения импульса рабочего тока, происходит размыкание другого силового ключа, подключающего к МЭП индуктивный накопитель, находящийся в режиме отдачи энергии. In addition, the charge switch control unit 10 prevents the switch 18 from opening the power switch connected to the control winding of the inductive storage device in the energy storage mode, and if the inductive storage device switches from the energy recovery mode to the storage mode during the passage of the operating current pulse, opening another power switch that connects to the MEP inductive storage, which is in the mode of energy transfer.

Claims

A pulse generator for electrical discharge machining, containing a power source, two power switches, a power switch control unit and two uncontrolled switches, characterized in that it is equipped with four current sensors, two discharge switch blocks, two charge switch blocks, a charge switch control unit, a master generator , two inductive energy storage devices containing primary and secondary windings and a control winding, a comparison unit and a switch, and two uncontrolled keys are connected by the same conclusions They are connected and connected through the first current sensor to the interelectrode gap, the first uncontrollable switch is connected by another output through the first inductive energy store to the first block of charging keys and the first block of discharge keys, which on the other hand is connected to the power source, the second current sensor, and the second block of discharge keys, the second output of which is connected through the second inductive energy storage to the second unmanaged key, and through the second block of charging keys to the second current sensor and the first block x keys, the control inputs of the first and second blocks of the charging keys are connected respectively to the two outputs of the control unit of the charging keys, two outputs of which are connected respectively to the master oscillator and the information output of the second current sensor, two control inputs of the first inductive energy storage device are interconnected via the first power switch and a third current sensor, and two control inputs of the second inductive energy storage device are interconnected via a second power switch and a fourth current sensor, inform The outputs of the third and fourth current sensors are connected respectively to the two inputs of the comparison unit, which is connected by its output to the first input of the switch, the second input of which is connected to the third output of the control of the charging keys, and the third input through the power key control unit is connected to the information output of the first current sensor, in addition, two outputs of the switch are connected respectively to the control inputs of the first and second power keys.