專利名稱：循環(huán)疊加斬波式節(jié)能電火花加工脈沖電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械加工領(lǐng)域中電火花加工的脈沖電源。
背景技術(shù)：
目前電火花加工所使用的脈沖電源可以分成不采用節(jié)能技術(shù)的傳統(tǒng)脈沖電源和采用節(jié)能技術(shù)的節(jié)能型脈沖電源。傳統(tǒng)脈沖電源多采用功率開(kāi)關(guān)管按設(shè)定的脈寬、脈間開(kāi)通和關(guān)斷，將脈沖電壓加到加工電極4-1與工件4-2之間的放電間隙上，如圖8所示，為防止功率開(kāi)關(guān)管T1，T2，…Tn完全導(dǎo)通后流過(guò)的電流過(guò)大將其燒壞，采用電阻R1，R2，…Rn來(lái)限制電流的增長(zhǎng)，加工電流大小的調(diào)節(jié)是通過(guò)在回路中并聯(lián)不同數(shù)目的“電阻—功率”開(kāi)關(guān)管支路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是在常用的100V左右的空載電壓情況下，限流電阻的自身發(fā)熱和強(qiáng)制冷卻會(huì)消耗掉系統(tǒng)70％～80％左右的能量，只有20％左右的能量被用來(lái)進(jìn)行加工，可見(jiàn)這種脈沖電源的能耗問(wèn)題是很突出的。除了上述的帶限流電阻的脈沖電源外，許多公司和研究機(jī)構(gòu)研制了多種節(jié)能式脈沖電源，它們的主回路形式和控制策略多種多樣，共同點(diǎn)都是采用電感元件或變壓器線圈中的電感替代限流電阻進(jìn)行限流和儲(chǔ)能，從而使脈沖電源的電能利用率大幅度提高。但是由于電感元件的存在使得這些形式的節(jié)能脈沖電源的脈沖電參數(shù)調(diào)節(jié)范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型節(jié)能電火花加工脈沖電源，最大限度降低無(wú)用的功率損耗，以提高加工時(shí)的能源利用率，同時(shí)要保證電源參數(shù)能夠大范圍、靈活、精確的調(diào)節(jié)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種循環(huán)疊加斬波式節(jié)能電火花加工脈沖電源，它包括直流電源2、主振電路3、驅(qū)動(dòng)電路1、若干個(gè)功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)和電火花加工的加工電極4-1與工件4-2，直流電源2的正極輸出端連接在功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)的集電極上，功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)的發(fā)射極連接加工電極4-1，工件4-2連接在直流電源2的負(fù)極輸出端上，產(chǎn)生脈沖信號(hào)的主振電路3的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路1的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路1的若干個(gè)輸出端口分別輸出脈沖信號(hào)S1、S2…Sn，脈沖信號(hào)S1、S2…Sn分別施加到功率開(kāi)關(guān)管T1、T2…Tn的基極上，在每只功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)與直流電源2之間串聯(lián)的限流電阻被去掉，脈沖信號(hào)S1、S2…Sn的脈沖寬度h小于功率開(kāi)關(guān)管T1、T2…Tn導(dǎo)通后集一射極間電流上升沿寬度h′。主振電路3輸出相應(yīng)的循環(huán)疊加斬波驅(qū)動(dòng)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路1去驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管T1、T2、…Tn，對(duì)直流電源2進(jìn)行循環(huán)疊加斬波，將預(yù)設(shè)脈寬、脈間的加工電壓和電流脈沖加到放電加工間隙的兩端進(jìn)行放電加工。本發(fā)明的加工主回路中并不含有限流電阻，這樣會(huì)省掉大量的功率損耗，而功率開(kāi)關(guān)管的能量損耗相對(duì)來(lái)說(shuō)非常小，因此本發(fā)明的節(jié)能效果是很明顯的。在不含有限流電阻的情況下，為防止功率開(kāi)關(guān)管在加工短路的情況下過(guò)流燒壞，采用如下方法驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷。單個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中斬波電流的變化如圖2中虛線所示，在沒(méi)有限流措施的情況下，如果負(fù)載短路，功率開(kāi)關(guān)管完全導(dǎo)通時(shí)整個(gè)回路中阻抗很小，電流將會(huì)上升到很高的值，從而將其燒壞。為避免燒壞功率開(kāi)關(guān)管，采用限制導(dǎo)通時(shí)間的措施來(lái)控制開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程，如圖2，在電流上升過(guò)程中的t1或t2時(shí)刻就將功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，使其電流開(kāi)始下降，電流波形如圖2中實(shí)線部分，通過(guò)控制關(guān)斷的時(shí)機(jī)可以控制電流峰值的大小。使用如圖3的驅(qū)動(dòng)波形去驅(qū)動(dòng)n路功率開(kāi)關(guān)管，各路電流疊加在一起便形成了連續(xù)的電流波形，如圖4所示。再將各路功率開(kāi)關(guān)管循環(huán)導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間設(shè)定為選定的脈寬值ton，見(jiàn)圖3，將各路功率開(kāi)關(guān)管全部關(guān)斷的持續(xù)時(shí)間設(shè)定為選定的脈間值toff，就可以得到具有預(yù)設(shè)脈寬、脈間的電流波形。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和適于推廣的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是單只功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通過(guò)程集一射極電流i波形示意圖，圖3是本發(fā)明實(shí)施方式一中脈沖信號(hào)S1、S2…S8的時(shí)序圖，圖4至圖6分別是三種功率開(kāi)關(guān)管循環(huán)通斷的電流波形及疊加后電流波形的示意圖，圖7是本發(fā)明實(shí)施方式二中主振電路3的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是現(xiàn)有的電火花加工脈沖電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖3具體說(shuō)明本實(shí)施方式。它由直流電源2、主振電路3、驅(qū)動(dòng)電路1、若干個(gè)功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)和電火花加工的加工電極4-1與工件4-2組成，直流電源2的正極輸出端連接在功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)的集電極上，功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)的發(fā)射極連接加工電極4-1，工件4-2連接在直流電源2的負(fù)極輸出端上，產(chǎn)生脈沖信號(hào)的主振電路3的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路1的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路1的若干個(gè)輸出端口分別輸出脈沖信號(hào)S1、S2…Sn，脈沖信號(hào)S1、S2…Sn分別施加到功率開(kāi)關(guān)管T1、T2…Tn的基極上，在每只功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)與直流電源2之間串聯(lián)的限流電阻被去掉，脈沖信號(hào)S1、S2…Sn的脈沖寬度h小于功率開(kāi)關(guān)管T1、T2…Tn導(dǎo)通后集—射極間電流上升沿寬度h′。脈沖信號(hào)S1、S2…Sn相鄰的兩信號(hào)間存在脈沖延遲時(shí)間td。
具體實(shí)施方式
二下面結(jié)合圖2至圖7具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式還包括電流檢測(cè)電路5，電流檢測(cè)電路5串聯(lián)在工件4-2與直流電源2之間以提取電流信號(hào)，主振電路3由單片機(jī)3-1和可編程邏輯器件3-2組成，電流檢測(cè)電路5的輸出端連接主振電路3的單片機(jī)3-1的輸入端，單片機(jī)3-1的輸出端連接可編程邏輯器件3-2的輸入端，可編程邏輯器件3-2的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路1的輸入端。采用單片機(jī)3-1對(duì)單片機(jī)3-1內(nèi)預(yù)設(shè)參數(shù)和電流檢測(cè)電路5檢測(cè)到的電流信號(hào)進(jìn)行分析，控制可編程邏輯器件3-2發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路1。電流檢測(cè)電路5作為負(fù)反饋的反向通道，把放電加工間隙之間的電流信號(hào)反饋到單片機(jī)3-1中，單片機(jī)3-1中的程序?qū)﹄娏餍盘?hào)的變化做負(fù)反饋處理，調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)S1、S2…Sn之間的脈沖延遲時(shí)間td或者脈沖信號(hào)S1、S2…Sn的脈沖寬度，從而使放電加工間隙處的電流保持平穩(wěn)，提高加工質(zhì)量。圖3畫(huà)出了八只功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1，S1，…S8的示意圖，tg為單只功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)間，td為相鄰功率開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升沿延遲時(shí)間。為使電流連續(xù)，間隔時(shí)間為td的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1，S1，…S8相繼到達(dá)，在S8的驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升沿到達(dá)之后經(jīng)過(guò)td時(shí)間，S1的下一循環(huán)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升沿必須到達(dá)。就這樣循環(huán)往復(fù)地驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管進(jìn)行斬波，得到的每只功率開(kāi)關(guān)管的斬波電流波形示意圖見(jiàn)圖4中i1，i2，…i8所示，各個(gè)波形重疊在一起而不相加的示意圖見(jiàn)iol所示，疊加(重疊并相加)后的波形示意圖見(jiàn)isum所示。從isum波形可見(jiàn)，上述驅(qū)動(dòng)方法可以得到帶有一定紋波的連續(xù)電流波形。本發(fā)明是通過(guò)控制單只功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)間和相鄰開(kāi)關(guān)管之間的延遲時(shí)間來(lái)控制電流幅值和紋波的。圖4和圖5的單只功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)間相等，均為tg1，而延遲時(shí)間的關(guān)系為td2＞td1，對(duì)比兩種情況下疊加后的電流波形可知延遲時(shí)間增加則電流幅值減小，同時(shí)紋波周期和幅值均增加。圖5和圖6的相鄰開(kāi)關(guān)管之間的延遲時(shí)間相等，均為td2，而兩圖的單只開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)間的關(guān)系為tg2＞tg1，對(duì)比疊加后的電流波形可知單只開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)間增加則電流幅值增加，同時(shí)紋波的幅值變化不大，而周期不變。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖3至圖6具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，對(duì)功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)斬波時(shí)，一次驅(qū)動(dòng)循環(huán)最后一只功率開(kāi)關(guān)管Tn的驅(qū)動(dòng)信號(hào)到達(dá)后經(jīng)過(guò)設(shè)定的延遲時(shí)間td后，功率開(kāi)關(guān)管T1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)到達(dá)，從而開(kāi)始下一個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。如此設(shè)置，節(jié)省功率開(kāi)關(guān)管的數(shù)目。
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)疊加斬波式節(jié)能電火花加工脈沖電源，它包括直流電源(2)、主振電路(3)、驅(qū)動(dòng)電路(1)、若干個(gè)功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)和電火花加工的加工電極(4-1)與工件(4-2)，直流電源(2)的正極輸出端連接在功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)的集電極上，功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)的發(fā)射極連接加工電極(4-1)，工件(4-2)連接在直流電源(2)的負(fù)極輸出端上，產(chǎn)生脈沖信號(hào)的主振電路(3)的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路(1)的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路(1)的若干個(gè)輸出端口分別輸出脈沖信號(hào)(S1、S2…Sn)，脈沖信號(hào)(S1、S2…Sn)分別施加到功率開(kāi)關(guān)管(T1、T2…Tn)的基極上，其特征是在每只功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)與直流電源(2)之間串聯(lián)的限流電阻被去掉，脈沖信號(hào)(S1、S2…Sn)的脈沖寬度(h)小于功率開(kāi)關(guān)管(T1、T2…Tn)導(dǎo)通后集-射極間電流上升沿寬度(h′)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)疊加斬波式節(jié)能電火花加工脈沖電源，其特征是它還包括電流檢測(cè)電路(5)，電流檢測(cè)電路(5)串聯(lián)在工件(4-2)與直流電源(2)之間，主振電路(3)由單片機(jī)(3-1)和可編程邏輯器件(3-2)組成，電流檢測(cè)電路(5)的輸出端連接主振電路(3)的單片機(jī)(3-1)的輸入端，單片機(jī)(3-1)的輸出端連接可編程邏輯器件(3-2)的輸入端，可編程邏輯器件(3-2)的輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路(1)的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)疊加斬波式節(jié)能電火花加工脈沖電源，其特征是對(duì)功率開(kāi)關(guān)管(T1～Tn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)斬波時(shí)，一次驅(qū)動(dòng)循環(huán)最后一只功率開(kāi)關(guān)管(Tn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)到達(dá)后經(jīng)過(guò)設(shè)定的延遲時(shí)間(td)后，功率開(kāi)關(guān)管(T1)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)到達(dá)，從而開(kāi)始下一個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種機(jī)械加工領(lǐng)域中電火花加工的脈沖電源——循環(huán)疊加斬波式節(jié)能電火花加工脈沖電源。它包括直流電源(2)、主振電路(3)、驅(qū)動(dòng)電路(1)、若干個(gè)功率開(kāi)關(guān)管(T
文檔編號(hào)B23H7/00GK1597214SQ200410043838
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者狄士春, 遲關(guān)心, 韋東波 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)