專(zhuān)利名稱(chēng)：調(diào)壓式節(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)域中的電火花加工脈沖電源。
背景技術(shù)：
脈沖電源是電火花加工系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，其性能對(duì)電火花加工的生產(chǎn)率、加工精度、表面加工質(zhì)量、電極損耗和電能利用率等有較大的影響。
脈沖電源提供電火花加工蝕除材料時(shí)所需的能量、消耗電火花加工機(jī)床的80％以上的能量。電火花加工脈沖電源自產(chǎn)生以來(lái)經(jīng)歷了不可控RC、RLC非獨(dú)立式脈沖電源，放電間隙和直流電源各自獨(dú)立、互相隔離的獨(dú)立式脈沖電源，以及在獨(dú)立式脈沖電源的基礎(chǔ)上派生出的其它脈沖電源，如高低壓復(fù)合脈沖電源、多回路脈沖電源、等脈沖電源、自選加工規(guī)準(zhǔn)的智能化脈沖電源和自適應(yīng)脈沖電源等。目前國(guó)內(nèi)外常用的電火花加工脈沖電源大都采用在放電主回路串聯(lián)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(shí)，也對(duì)脈沖電源的散熱系統(tǒng)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沖電源的能耗，國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)電火花加工節(jié)能脈沖電源開(kāi)展了大量的研究工作，這些研究工作共同特點(diǎn)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，使脈沖電源的電能利用率得到較大的提高，但限制了脈沖參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型電火花加工節(jié)能脈沖電源，徹底取消耗能?chē)?yán)重的限流電阻，在大幅度提高脈沖電源能量利用率的同時(shí)，該脈沖電源還具有自適應(yīng)調(diào)壓及等電流脈沖寬度等功能，可實(shí)現(xiàn)脈沖電壓、脈沖寬度、脈沖間隔的大范圍獨(dú)立調(diào)整。
本發(fā)明的原理所發(fā)明的調(diào)壓式節(jié)能電火花加工脈沖電源主要由整流濾波電路1、電壓調(diào)節(jié)電路2、脈沖變換及功放電路3、電壓及電流檢測(cè)電路5、脈沖觸發(fā)電路6、PWM控制電路7等組成。電火花放電加工時(shí)該脈沖電源與工具電極和工件相連，放電蝕除加工時(shí)所需要的能量由脈沖變換及功放電路3提供；電壓及電流檢測(cè)電路5把所檢測(cè)到的電壓、電流信號(hào)傳送給脈沖觸發(fā)電路6；脈沖觸發(fā)電路6在對(duì)所接收到的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析處理基礎(chǔ)上，一路向脈沖變換及功放電路3發(fā)送放電脈沖控制信號(hào)來(lái)控制放電加工的脈沖寬度、脈沖間隔和放電電流，另一路向PWM控制電路7發(fā)送控制信號(hào)；PWM控制電路根據(jù)所接收到的信號(hào)來(lái)向電壓調(diào)節(jié)電路2發(fā)送相應(yīng)的控制命令，當(dāng)PWM控制電路7未接收到放電擊穿信號(hào)時(shí)，發(fā)出大占空比的脈寬調(diào)制方波信號(hào)使電壓調(diào)節(jié)電路2輸出高電壓(100V左右的空載電壓)供給脈沖變換及功放電路3，當(dāng)PWM控制電路7接收到放電擊穿信號(hào)時(shí)，發(fā)出小占空比的脈寬調(diào)制方波信號(hào)使電壓調(diào)節(jié)電路2把100V左右的空載電壓調(diào)節(jié)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；一次脈沖放電結(jié)束后，脈沖變換及功放電路3停止向放電間隙供電，進(jìn)行放電間隙消電離，此時(shí)電壓調(diào)節(jié)電路2在控制信號(hào)的作用下，把輸出電壓調(diào)節(jié)至100V左右的空載電壓，為下一次脈沖放電提供擊穿電壓，如此循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行下去，本發(fā)明的脈沖電源便實(shí)現(xiàn)了每一放電脈沖電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，完全取消了電火花加工脈沖電源中的限流電阻，較好地實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的目的。
本發(fā)明與目前常用的電火花加工脈沖電源相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.具有自適應(yīng)調(diào)壓及等電流脈沖寬度特性，可實(shí)現(xiàn)脈沖電壓、脈沖寬度、脈沖間隔大范圍獨(dú)立可調(diào)，徹底取消了耗能?chē)?yán)重的限流電阻，電能利用率能提高2倍左右。
2.取消了傳統(tǒng)電火花加工脈沖電源所需的大功率工頻變壓器，不但省去了該部分的費(fèi)用，而且還有效地減少了脈沖電源的體積和重量。
3.由于取消了大功率限流電阻，因此有效地減少了因電阻發(fā)熱對(duì)脈沖電源中電子元件的影響作用，提高了脈沖電源的工作可靠性。
4.對(duì)外的高頻電磁輻射小。
5.有較高的電磁兼容性。


圖1是本發(fā)明的調(diào)壓式節(jié)能電火花加工脈沖電源組成框圖。
圖2是本發(fā)明的調(diào)壓式節(jié)能電火花加工脈沖電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
上圖中的符號(hào)名稱(chēng)C1、C2為無(wú)極性電容，C3為電解電容，M1～M3為功率開(kāi)關(guān)元件，D1～D3為二極管，L為電感，T為高頻脈沖變壓器。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1。本發(fā)明的調(diào)壓式節(jié)能電火花加工脈沖電源包括整流濾波電路1、電壓調(diào)節(jié)電路2、脈沖變換及功放電路3、電壓及電流檢測(cè)電路5、脈沖觸發(fā)電路6、PWM控制電路7。整流濾波電路1把交流電變成穩(wěn)壓直流電，給電壓調(diào)節(jié)電路2輸送直流電；電壓調(diào)節(jié)電路2根據(jù)PWM控制電路7發(fā)送的控制命令自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，并輸送給脈沖變換及功放電路3，在空載時(shí)輸出100V左右的高電壓，用于擊穿放電間隙，當(dāng)間隙被擊穿后，其輸出被調(diào)至25V左右的加工維持電壓，當(dāng)脈沖放電進(jìn)入放電間隔消電離時(shí)，該電路再次輸出空載電壓，如此往復(fù)地進(jìn)行下去便可實(shí)現(xiàn)每次脈沖放電電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)；脈沖變換及功放電路3根據(jù)脈沖觸發(fā)電路6發(fā)送的控制信號(hào)來(lái)向放電加工間隙4輸出脈沖電壓，提供放電蝕除加工所需要的能量；電壓及電流檢測(cè)電路5采集放電間隙的電壓和電流信號(hào)，輸送給脈沖觸發(fā)電路6；脈沖觸發(fā)電路6在對(duì)所接收到的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析處理的基礎(chǔ)上分別向PWM控制電路7和脈沖變換及功放電路3發(fā)送控制信號(hào)；PWM控制電路7根據(jù)脈沖觸發(fā)電路6所發(fā)送的電流、電壓信號(hào)來(lái)調(diào)整其輸出脈沖波的占空比，進(jìn)而到達(dá)使電壓調(diào)節(jié)電路2實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓的目的。
參見(jiàn)圖2。本發(fā)明的調(diào)壓式節(jié)能電火花加工脈沖電源的電路中電容C1、C2與功率開(kāi)關(guān)元件M1、M2構(gòu)成半橋逆變器，該半橋逆變器在PWM控制電路7所發(fā)出的控制信號(hào)作用下產(chǎn)生高頻交流方波，并傳送給高頻脈沖變壓器T的初級(jí)邊，在脈沖變壓器T的次級(jí)邊產(chǎn)生頻率、相位相同，幅值降低的高頻交流方波，并傳送給由二極管D1、D2構(gòu)成全波整流電路，該全波整流電路把高頻交流方波轉(zhuǎn)換成高頻直流方波，輸送給由電感L和電容C3構(gòu)成的濾波電路，由該濾波電路把高頻直流方波變?yōu)橹绷麟?，二極管D3提供續(xù)流回路，功率開(kāi)關(guān)元件M3在脈沖觸發(fā)電路所發(fā)出的控制信號(hào)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(cè)電路9并聯(lián)于由工具電極8和工件10組成的放電間隙兩端，采集放電電壓信號(hào)，傳送給脈沖觸發(fā)電路6；電流檢測(cè)電路11串聯(lián)于由放電主回路中，采集放電電流信號(hào)，傳送給脈沖觸發(fā)電路6。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)壓式節(jié)能電火花加工脈沖電源，它包括整流濾波電路(1)、電壓調(diào)節(jié)電路(2)、脈沖變換及功放電路(3)、電壓及電流檢測(cè)電路(5)、脈沖觸發(fā)電路(6)、PWM控制電路(7)，其特征是整流濾波電路(1)輸出直流電壓給電壓調(diào)節(jié)電路(2)，電壓調(diào)節(jié)電路(2)根據(jù)PWM控制電路(7)發(fā)送的控制命令自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓給脈沖變換及功放電路(3)，脈沖變換及功放電路(3)根據(jù)脈沖觸發(fā)電路(6)發(fā)送的控制信號(hào)來(lái)向放電加工間隙(4)輸出脈沖電壓，提供放電蝕除加工所需要的能量，電壓及電流檢測(cè)電路(5)采集放電間隙的電壓和電流信號(hào)，輸送給脈沖觸發(fā)電路(6)，脈沖觸發(fā)電路(6)在對(duì)所接收到的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析處理的基礎(chǔ)上分別向PWM控制電路(7)和脈沖變換及功放電路(3)發(fā)送控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)壓式節(jié)能電火花加工脈沖電源，其特征在于電容C1、C2與功率開(kāi)關(guān)元件M1、M2構(gòu)成半橋逆變器，該半橋逆變器在PWM控制電路(7)所發(fā)出的控制信號(hào)作用下向高頻脈沖變壓器T的初級(jí)邊輸送高頻脈沖電壓，二極管D1、D2構(gòu)成全波整流連接于變壓器T的次級(jí)邊，D3為續(xù)流二極管，電感L和電容C3構(gòu)成輸出濾波器，為功率開(kāi)關(guān)元件M3輸送直流電壓，由功率開(kāi)關(guān)元件M3來(lái)控制脈沖放電寬度和脈沖間隔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)械加工領(lǐng)域中的電火花加工脈沖電源——調(diào)壓式節(jié)能電火花加工脈沖電源。它包括整流濾波電路(1)、電壓調(diào)節(jié)電路(2)、脈沖變換及功放電路(3)、電壓及電流檢測(cè)電路(5)、脈沖觸發(fā)電路(6)、PWM控制電路(7)。該脈沖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，擊穿后為放電間隙提供25V左右的加工維持電壓，具有自適應(yīng)調(diào)壓和等電流脈沖寬度特性，可實(shí)現(xiàn)脈沖電壓、脈沖寬度、脈沖間隔的大范圍獨(dú)立調(diào)整，徹底取消了耗能?chē)?yán)重的限流電阻，電能利用率能可提高2倍左右。
文檔編號(hào)B23H7/20GK1772425SQ20051004495
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者劉永紅, 杜建華, 陳繼明, 劉靜 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)