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關(guān)管按設(shè)定的脈寬、脈間開通和關(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，為防止功率開關(guān)管T1，T2，…Tn完全導(dǎo)通后流過的電流過大將其燒壞，采用電阻R1，R2，…Rn來限制電流的增長，加工電流大小的調(diào)節(jié)是通過在回路中并聯(lián)不同數(shù)目的“電阻—功率”開關(guān)管支路來實現(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)熱和強制冷卻會消耗掉系統(tǒng)70％～80％左右的能量，只有20％左右的能量被用來進行加工，可見這種脈沖電源的能耗問題是很突出的。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行限流和儲能，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，最大限度降低無用的功率損耗，以提高加工時的能源利用率，同時要保證電源參數(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)動電路1、若干個功率開關(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關(guān)管(T1～Tn)的集電極上，功率開關(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的負極輸出端上，產(chǎn)生脈沖信號的主振電路3的輸出端連接驅(qū)動電路1的輸入端，驅(qū)動電路1的若干個輸出端口分別輸出脈沖信號S1、S2…Sn，脈沖信號S1、S2…Sn分別施加到功率開關(guān)管T1、T2…Tn的基極上，在每只功率開關(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S1、S2…Sn的脈沖寬度h小于功率開關(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)動信號給驅(qū)動電路1去驅(qū)動功率開關(guān)管T1、T2、…Tn，對直流電源2進行循環(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，這樣會省掉大量的功率損耗，而功率開關(guān)管的能量損耗相對來說非常小，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，為防止功率開關(guān)管在加工短路的情況下過流燒壞，采用如下方法驅(qū)動功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷。單個功率開關(guān)管的開通和關(guān)斷過程中斬波電流的變化如圖2中虛線所示，在沒有限流措施的情況下，如果負載短路，功率開關(guān)管完全導(dǎo)通時整個回路中阻抗很小，電流將會上升到很高的值，從而將其燒壞。為避免燒壞功率開關(guān)管，采用限制導(dǎo)通時間的措施來控制開通和關(guān)斷過程，如圖2，在電流上升過程中的t1或t2時刻就將功率開關(guān)管關(guān)斷，使其電流開始下降，電流波形如圖2中實線部分，通過控制關(guān)斷的時機可以控制電流峰值的大小。使用如圖3的驅(qū)動波形去驅(qū)動n路功率開關(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。再將各路功率開關(guān)管循環(huán)導(dǎo)通的持續(xù)時間設(shè)定為選定的脈寬值ton，見圖3，將各路功率開關(guān)管全部關(guān)斷的持續(xù)時間設(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)簡單、工作可靠和適于推廣的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是單只功率開關(guān)管的開通過程集一射極電流i波形示意圖，圖3是本發(fā)明實施方式一中脈沖信號S1、S2…S8的時序圖，圖4至圖6分別是三種功率開關(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。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖1至圖3具體說明本實施方式。它由直流電源2、主振電路3、驅(qū)動電路1、若干個功率開關(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關(guān)管(T1～Tn)的集電極上，功率開關(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的負極輸出端上，產(chǎn)生脈沖信號的主振電路3的輸出端連接驅(qū)動電路1的輸入端，驅(qū)動電路1的若干個輸出端口分別輸出脈沖信號S1、S2…Sn，脈沖信號S1、S2…Sn分別施加到功率開關(guān)管T1、T2…Tn的基極上，在每只功率開關(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S1、S2…Sn的脈沖寬度h小于功率開關(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S1、S2…Sn相鄰的兩信號間存在脈沖延遲時間td。
具體實施方式
二下面結(jié)合圖2至圖7具體說明本實施方式。本實施方式還包括電流檢測電路5，電流檢測電路5串聯(lián)在工件4-2與直流電源2之間以提取電流信號，主振電路3由單片機3-1和可編程邏輯器件3-2組成，電流檢測電路5的輸出端連接主振電路3的單片機3-1的輸入端，單片機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)動電路1的輸入端。采用單片機3-1對單片機3-1內(nèi)預(yù)設(shè)參數(shù)和電流檢測電路5檢測到的電流信號進行分析，控制可編程邏輯器件3-2發(fā)出驅(qū)動信號給驅(qū)動電路1。電流檢測電路5作為負反饋的反向通道，把放電加工間隙之間的電流信號反饋到單片機3-1中，單片機3-1中的程序?qū)﹄娏餍盘柕淖兓鲐摲答佁幚?，調(diào)節(jié)脈沖信號S1、S2…Sn之間的脈沖延遲時間td或者脈沖信號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畫出了八只功率開關(guān)管的驅(qū)動信號S1，S1，…S8的示意圖，tg為單只功率開關(guān)管開通時間，td為相鄰功率開關(guān)管驅(qū)動信號上升沿延遲時間。為使電流連續(xù)，間隔時間為td的驅(qū)動信號S1，S1，…S8相繼到達，在S8的驅(qū)動信號上升沿到達之后經(jīng)過td時間，S1的下一循環(huán)的驅(qū)動信號上升沿必須到達。就這樣循環(huán)往復(fù)地驅(qū)動功率開關(guān)管進行斬波，得到的每只功率開關(guān)管的斬波電流波形示意圖見圖4中i1，i2，…i8所示，各個波形重疊在一起而不相加的示意圖見iol所示，疊加(重疊并相加)后的波形示意圖見isum所示。從isum波形可見，上述驅(qū)動方法可以得到帶有一定紋波的連續(xù)電流波形。本發(fā)明是通過控制單只功率開關(guān)管開通時間和相鄰開關(guān)管之間的延遲時間來控制電流幅值和紋波的。圖4和圖5的單只功率開關(guān)管開通時間相等，均為tg1，而延遲時間的關(guān)系為td2＞td1，對比兩種情況下疊加后的電流波形可知延遲時間增加則電流幅值減小，同時紋波周期和幅值均增加。圖5和圖6的相鄰開關(guān)管之間的延遲時間相等，均為td2，而兩圖的單只開關(guān)管開通時間的關(guān)系為tg2＞tg1，對比疊加后的電流波形可知單只開關(guān)管開通時間增加則電流幅值增加，同時紋波的幅值變化不大，而周期不變。
具體實施方式
三下面結(jié)合圖3至圖6具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是，對功率開關(guān)管(T1～Tn)進行驅(qū)動斬波時，一次驅(qū)動循環(huán)最后一只功率開關(guān)管Tn的驅(qū)動信號到達后經(jīng)過設(shè)定的延遲時間td后，功率開關(guān)管T1的驅(qū)動信號到達，從而開始下一個驅(qū)動循環(huán)。其它組成和連接關(guān)系與實施方式一相同。如此設(shè)置，節(jié)省功率開關(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)動電路(1)、若干個功率開關(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關(guān)管(T1～Tn)的集電極上，功率開關(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)的負極輸出端上，產(chǎn)生脈沖信號的主振電路(3)的輸出端連接驅(qū)動電路(1)的輸入端，驅(qū)動電路(1)的若干個輸出端口分別輸出脈沖信號(S1、S2…Sn)，脈沖信號(S1、S2…Sn)分別施加到功率開關(guān)管(T1、T2…Tn)的基極上，其特征是在每只功率開關(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(S1、S2…Sn)的脈沖寬度(h)小于功率開關(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電路(5)，電流檢測電路(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(3-1)和可編程邏輯器件(3-2)組成，電流檢測電路(5)的輸出端連接主振電路(3)的單片機(3-1)的輸入端，單片機(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，其特征是對功率開關(guān)管(T1～Tn)進行驅(qū)動斬波時，一次驅(qū)動循環(huán)最后一只功率開關(guān)管(Tn)的驅(qū)動信號到達后經(jīng)過設(shè)定的延遲時間(td)后，功率開關(guān)管(T1)的驅(qū)動信號到達，從而開始下一個驅(qū)動循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種機械加工領(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)動電路(1)、若干個功率開關(guān)管(T
文檔編號B23H7/00GK1597214SQ200410043838
公開日2005年3月23日 申請日期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 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)