調壓式節能電火花加工脈衝電源的製作方法

2023-05-19 18:43:21

專利名稱：調壓式節能電火花加工脈衝電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械加工領域中的電火花加工脈衝電源。
背景技術：
脈衝電源是電火花加工系統中的一個重要組成部分，其性能對電火花加工的生產率、加工精度、表面加工質量、電極損耗和電能利用率等有較大的影響。
脈衝電源提供電火花加工蝕除材料時所需的能量、消耗電火花加工工具機的80％以上的能量。電火花加工脈衝電源自產生以來經歷了不可控RC、RLC非獨立式脈衝電源，放電間隙和直流電源各自獨立、互相隔離的獨立式脈衝電源，以及在獨立式脈衝電源的基礎上派生出的其它脈衝電源，如高低壓複合脈衝電源、多迴路脈衝電源、等脈衝電源、自選加工規準的智能化脈衝電源和自適應脈衝電源等。目前國內外常用的電火花加工脈衝電源大都採用在放電主迴路串聯限流電阻的工作方式，其電能利用率為25％，而將近75％的電能則以熱量的形式消耗在限流電阻上，這在降低電能利用率的同時，也對脈衝電源的散熱系統和電子元件的工作性能提出了較高的要求。為了降低電火花加工脈衝電源的能耗，國內外科技工作者對電火花加工節能脈衝電源開展了大量的研究工作，這些研究工作共同特點是採用電感元件或變壓器線圈中的電感替代限流電阻進行限流和儲能，使脈衝電源的電能利用率得到較大的提高，但限制了脈衝參數的調節範圍。

發明內容
本發明的目的是提供一種新型電火花加工節能脈衝電源，徹底取消耗能嚴重的限流電阻，在大幅度提高脈衝電源能量利用率的同時，該脈衝電源還具有自適應調壓及等電流脈衝寬度等功能，可實現脈衝電壓、脈衝寬度、脈衝間隔的大範圍獨立調整。
本發明的原理所發明的調壓式節能電火花加工脈衝電源主要由整流濾波電路1、電壓調節電路2、脈衝變換及功放電路3、電壓及電流檢測電路5、脈衝觸發電路6、PWM控制電路7等組成。電火花放電加工時該脈衝電源與工具電極和工件相連，放電蝕除加工時所需要的能量由脈衝變換及功放電路3提供；電壓及電流檢測電路5把所檢測到的電壓、電流信號傳送給脈衝觸發電路6；脈衝觸發電路6在對所接收到的電壓、電流信號進行分析處理基礎上，一路向脈衝變換及功放電路3發送放電脈衝控制信號來控制放電加工的脈衝寬度、脈衝間隔和放電電流，另一路向PWM控制電路7發送控制信號；PWM控制電路根據所接收到的信號來向電壓調節電路2發送相應的控制命令，當PWM控制電路7未接收到放電擊穿信號時，發出大佔空比的脈寬調製方波信號使電壓調節電路2輸出高電壓(100V左右的空載電壓)供給脈衝變換及功放電路3，當PWM控制電路7接收到放電擊穿信號時，發出小佔空比的脈寬調製方波信號使電壓調節電路2把100V左右的空載電壓調節至25V左右的放電加工維持電壓，提供放電蝕除加工所需要的能量；一次脈衝放電結束後，脈衝變換及功放電路3停止向放電間隙供電，進行放電間隙消電離，此時電壓調節電路2在控制信號的作用下，把輸出電壓調節至100V左右的空載電壓，為下一次脈衝放電提供擊穿電壓，如此循環往復地進行下去，本發明的脈衝電源便實現了每一放電脈衝電壓的自動調節，完全取消了電火花加工脈衝電源中的限流電阻，較好地實現了高效節能的目的。
本發明與目前常用的電火花加工脈衝電源相比具有如下優點1.具有自適應調壓及等電流脈衝寬度特性，可實現脈衝電壓、脈衝寬度、脈衝間隔大範圍獨立可調，徹底取消了耗能嚴重的限流電阻，電能利用率能提高2倍左右。
2.取消了傳統電火花加工脈衝電源所需的大功率工頻變壓器，不但省去了該部分的費用，而且還有效地減少了脈衝電源的體積和重量。
3.由於取消了大功率限流電阻，因此有效地減少了因電阻發熱對脈衝電源中電子元件的影響作用，提高了脈衝電源的工作可靠性。
4.對外的高頻電磁輻射小。
5.有較高的電磁兼容性。


圖1是本發明的調壓式節能電火花加工脈衝電源組成框圖。
圖2是本發明的調壓式節能電火花加工脈衝電源的電路結構示意圖。
上圖中的符號名稱C1、C2為無極性電容，C3為電解電容，M1～M3為功率開關元件，D1～D3為二極體，L為電感，T為高頻脈衝變壓器。
具體實施例方式
參見圖1。本發明的調壓式節能電火花加工脈衝電源包括整流濾波電路1、電壓調節電路2、脈衝變換及功放電路3、電壓及電流檢測電路5、脈衝觸發電路6、PWM控制電路7。整流濾波電路1把交流電變成穩壓直流電，給電壓調節電路2輸送直流電；電壓調節電路2根據PWM控制電路7發送的控制命令自動調節電壓，並輸送給脈衝變換及功放電路3，在空載時輸出100V左右的高電壓，用於擊穿放電間隙，當間隙被擊穿後，其輸出被調至25V左右的加工維持電壓，當脈衝放電進入放電間隔消電離時，該電路再次輸出空載電壓，如此往復地進行下去便可實現每次脈衝放電電壓的自動調節；脈衝變換及功放電路3根據脈衝觸發電路6發送的控制信號來向放電加工間隙4輸出脈衝電壓，提供放電蝕除加工所需要的能量；電壓及電流檢測電路5採集放電間隙的電壓和電流信號，輸送給脈衝觸發電路6；脈衝觸發電路6在對所接收到的電壓、電流信號進行分析處理的基礎上分別向PWM控制電路7和脈衝變換及功放電路3發送控制信號；PWM控制電路7根據脈衝觸發電路6所發送的電流、電壓信號來調整其輸出脈衝波的佔空比，進而到達使電壓調節電路2實現自動調壓的目的。
參見圖2。本發明的調壓式節能電火花加工脈衝電源的電路中電容C1、C2與功率開關元件M1、M2構成半橋逆變器，該半橋逆變器在PWM控制電路7所發出的控制信號作用下產生高頻交流方波，並傳送給高頻脈衝變壓器T的初級邊，在脈衝變壓器T的次級邊產生頻率、相位相同，幅值降低的高頻交流方波，並傳送給由二極體D1、D2構成全波整流電路，該全波整流電路把高頻交流方波轉換成高頻直流方波，輸送給由電感L和電容C3構成的濾波電路，由該濾波電路把高頻直流方波變為直流電，二極體D3提供續流迴路，功率開關元件M3在脈衝觸發電路所發出的控制信號作用下向工具電極8和工件10間輸出高頻直流方波，提供放電加工所需的擊穿電壓、放電維持電壓和放電蝕除能量。電壓檢測電路9並聯於由工具電極8和工件10組成的放電間隙兩端，採集放電電壓信號，傳送給脈衝觸發電路6；電流檢測電路11串聯於由放電主迴路中，採集放電電流信號，傳送給脈衝觸發電路6。
權利要求
1.一種調壓式節能電火花加工脈衝電源，它包括整流濾波電路(1)、電壓調節電路(2)、脈衝變換及功放電路(3)、電壓及電流檢測電路(5)、脈衝觸發電路(6)、PWM控制電路(7)，其特徵是整流濾波電路(1)輸出直流電壓給電壓調節電路(2)，電壓調節電路(2)根據PWM控制電路(7)發送的控制命令自動調節輸出電壓給脈衝變換及功放電路(3)，脈衝變換及功放電路(3)根據脈衝觸發電路(6)發送的控制信號來向放電加工間隙(4)輸出脈衝電壓，提供放電蝕除加工所需要的能量，電壓及電流檢測電路(5)採集放電間隙的電壓和電流信號，輸送給脈衝觸發電路(6)，脈衝觸發電路(6)在對所接收到的電壓、電流信號進行分析處理的基礎上分別向PWM控制電路(7)和脈衝變換及功放電路(3)發送控制信號。
2.根據權利要求1所述的調壓式節能電火花加工脈衝電源，其特徵在於電容C1、C2與功率開關元件M1、M2構成半橋逆變器，該半橋逆變器在PWM控制電路(7)所發出的控制信號作用下向高頻脈衝變壓器T的初級邊輸送高頻脈衝電壓，二極體D1、D2構成全波整流連接於變壓器T的次級邊，D3為續流二極體，電感L和電容C3構成輸出濾波器，為功率開關元件M3輸送直流電壓，由功率開關元件M3來控制脈衝放電寬度和脈衝間隔。
全文摘要
本發明涉及一種機械加工領域中的電火花加工脈衝電源——調壓式節能電火花加工脈衝電源。它包括整流濾波電路(1)、電壓調節電路(2)、脈衝變換及功放電路(3)、電壓及電流檢測電路(5)、脈衝觸發電路(6)、PWM控制電路(7)。該脈衝電源可在放電擊穿前為加工放電間隙(4)提供100V左右的空載擊穿電壓，擊穿後為放電間隙提供25V左右的加工維持電壓，具有自適應調壓和等電流脈衝寬度特性，可實現脈衝電壓、脈衝寬度、脈衝間隔的大範圍獨立調整，徹底取消了耗能嚴重的限流電阻，電能利用率能可提高2倍左右。
文檔編號B23H7/20GK1772425SQ20051004495
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月24日 優先權日2005年10月24日
發明者劉永紅, 杜建華, 陳繼明, 劉靜 申請人:中國石油大學(華東)