專利名稱：大電流直流與脈沖兩用電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由晶閘管構成的大電流直流與脈沖兩用電源。此兩用電源在脈沖電流電解加工、脈沖電鍍、電解與電脈沖復合加工等方面有廣泛的應用前景。
目前國內(nèi)外采用的大電流脈沖電源大多先將交流電源整流成直流電源，然后用斬波器或可關斷晶閘管GTO斬成脈沖電源。這種方式不但結構復雜、穩(wěn)定性差、設備費用高，而且容量受到器件的限制，國內(nèi)用斬波器的脈沖電源其電流只達到2000安，(航空工業(yè)部北京625研究所)，用可關斷晶閘管GTO的脈沖電流只達到200安(天津大學)。蘇聯(lián)1977年出版的“電解加工機床的電氣設備”(ЭΛектрооδолуDАВАНИе СТАНКОВ DΛЯ ЭΛеКТРОХИМΝ-)ческоц оδрαδотки及1982年出版的“材料的電加工方法”(ЭΛектрицесие МетоDъi оδрαδотки МαтерпАΛоВ)二本書中介紹了同一型號為ИПТУ的脈沖電源示意圖(見

圖1)。這種電源是原方調(diào)壓，由控制電路控制晶閘管的觸發(fā)來形成脈沖，這就必然形成脈沖頻率低的缺點，書中介紹其脈沖間隙為0.1～1秒，也即頻率在10赫芝以下。
本發(fā)明的目的在于提供一個直流與脈沖兩用電源，容量大、造價低，有七種脈沖頻率可供選用，即37.5HZ、33.3HZ、30HZ、20HZ、16.5HZ、12.5HZ和10HZ，并具有數(shù)字穩(wěn)壓系統(tǒng)及過電流保護環(huán)節(jié)。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的由邏輯部件及觸發(fā)電路組成智能觸發(fā)器，邏輯部件根據(jù)按鍵通斷所給的指令，使觸發(fā)電路按照同步信號每次都都發(fā)出觸發(fā)脈沖(直流)或有規(guī)則地輪流發(fā)出觸發(fā)脈沖(各種脈沖電流)，來控制晶閘管每個周期觸發(fā)導通(直流)或有規(guī)則地輪流觸發(fā)導通(各種脈沖電流)，從而得到直流或多種頻率的脈沖電流。由于是大電流整流設備，所以采用雙丫形帶平衡電抗器的方式，根據(jù)電解加工脈沖電流的常用頻率及占空比，又為了使變壓器付方各相電流均衡，可列出觸發(fā)各相晶閘管的節(jié)拍表(見表1)，表1中R代表直流，S、T、U的循環(huán)為10個節(jié)拍，4∶1的占空比;V、W的循環(huán)為8個節(jié)拍，3∶1的占空比;X、Y的循環(huán)為6個節(jié)拍，2∶1的占空比，表中的阿拉伯數(shù)字即為節(jié)拍數(shù)。
節(jié)拍發(fā)生器由十進制計數(shù)分配器4017擔任(見圖3)，它的計數(shù)脈沖由同步變壓器B相付方的一個繞組的正弦波經(jīng)整形與微分后，在正弦波過零點形成。由于主變壓器的原方為△連接，同步變壓器主方為丫形連接，因此同步變壓器付方的相位比主變壓器付方相位滯后30°，因為B6相超前A1相60°，電容C913(見圖3)能保證在B6相上升過零時的計數(shù)脈沖產(chǎn)生單數(shù)節(jié)拍，所以節(jié)拍在主變壓器付方A相過零前30°交替。一個循環(huán)8個節(jié)拍的V與W是在第8節(jié)拍出現(xiàn)時對計數(shù)分配器4017清零，一個循環(huán)6個節(jié)拍的X與Y是在第6節(jié)拍出現(xiàn)時對計數(shù)分配器4017清零。
從節(jié)拍表1可看出，A1相與C2相晶閘管的觸發(fā)現(xiàn)規(guī)律完全相同，可用同一組邏輯開關控制，C5相與B6相晶閘管的觸發(fā)規(guī)律也相同，也可用同一組邏輯開關控制，于是可寫出各相邏輯開關的邏輯表達式A1、C2＝1+RG5、B6＝2(U+W+Y)+4S+4X+6T+6V+RB3＝1T+1X+1(U+W+Y)+3V+7S+RA4＝2(U+W+Y)+4V+4X+6T+8S+R單數(shù)節(jié)拍對應A1、C2、B3相，它們的移相角要延伸到下一個節(jié)拍，同理雙數(shù)節(jié)拍對應的A4、C5、B6相的移相角也要延伸到下一個節(jié)拍，因此按邏輯式中的節(jié)拍號設計邏輯圖時都應加上下一個節(jié)拍號，即用或門將下一個節(jié)拍號作邏輯加。于是可按照邏輯式設計出邏輯開關及受其信號控制的智能觸發(fā)電路圖3，以及實現(xiàn)本發(fā)明的各種控制電路。
下面結合電路附圖及實施例對本發(fā)明做詳細描述。
圖1為蘇聯(lián)ИПТУ整流電源示意圖。
圖2為本發(fā)明的方框圖。
圖3為本發(fā)明的智能觸發(fā)電路。
圖4為本發(fā)明的電壓與電流數(shù)顯及數(shù)字調(diào)壓系統(tǒng)。
圖5為本發(fā)明的主回路及控制電路。
本發(fā)明方框圖的模擬給定是由電位器調(diào)節(jié)移相觸發(fā)的給定值，數(shù)模轉(zhuǎn)換則是由數(shù)字電路給出移相觸發(fā)的給定值，由一個選擇開關選擇。由移相觸發(fā)電路形成的觸發(fā)脈沖是否去觸發(fā)晶閘管，則由邏輯開關電路控制，邏輯開關通斷的節(jié)拍由直流或脈沖選擇開關選擇，過流保護電路在工作時能使邏輯開關全部關閉，以切斷對所有晶閘管的觸發(fā)，電壓采樣與顯示電路將輸出電壓采樣與顯示，并與電壓數(shù)字給定信號一起送到電壓數(shù)字比較電路進行比較，判斷與修正，以改變數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出，從而改變觸發(fā)角，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
圖3由四個邏輯開關輸出信號各經(jīng)過一個二輸入端與門后控制四個模擬開關，由模擬開關控制光電耦合器BG925-930中光敏三極管的電源，當節(jié)拍表1中為1時接通該電源，使觸發(fā)脈沖得以通過，當節(jié)拍表1中為0時切斷該電源，阻止觸發(fā)脈沖通過，晶閘管停止觸發(fā)而形成脈沖?？刂扑膫€模擬開關的四個與門是當光電耦合器BG931接收到過電流信號后切斷所有邏輯開關信號，使所有晶閘管都停止觸發(fā)導通。圖3虛線框內(nèi)為觸發(fā)電路，采用交流正弦垂直控制，移相范圍可達145°，觸發(fā)電路與主電路之間由光電耦合器隔離，這種觸發(fā)電路具有線路簡單，觸發(fā)功率大，觸發(fā)脈沖前沿陟等特點，并受邏輯開關信號控制而成為智能觸發(fā)電路。其觸發(fā)電路的時序與邏輯電路的時序之間有嚴格的同步關系。
本發(fā)明的電壓與電流數(shù)顯及數(shù)字調(diào)壓系統(tǒng)的電路(見圖4)分為二部份，該數(shù)字電壓表及電流表與一般的數(shù)字電表相似，由雙積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換器14433輸出的動態(tài)掃描數(shù)字信號被鎖存在顯示、譯碼、鎖存三功能器件2ES-283中并顯示;另一部份電路是數(shù)字穩(wěn)壓系統(tǒng)，將數(shù)字電壓表的輸出量用數(shù)字比較器4585與撥碼開關的予置值比較，每采樣一次，比較一次，根據(jù)結果由或門4075控制修正作為數(shù)模存貯器40193中的數(shù)字量，這個數(shù)字量經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0808及求和放大器7650轉(zhuǎn)換成電壓模擬量，來控制觸發(fā)電路的觸發(fā)角，使得向縮小差值的方向修正輸出電壓，當輸出電壓與撥碼開關予置值的差值在誤差范圍內(nèi)時就不再修正，以此來達到穩(wěn)壓的目的。用撥碼開關來調(diào)節(jié)電壓，方便、直觀。HK904為過流保護調(diào)節(jié)開關，過流信號取自分流器Fl，一旦加工電流超過此開關所整定的數(shù)量時，過流信號經(jīng)運算放大器放大后驅(qū)動過流繼電器QJ動作(見圖5)同時又通過光電耦合器BG931(見圖3)控制模擬開關，切斷觸發(fā)脈沖，這一路信號全部由光與電子傳送，使得在發(fā)生短路后的3.3mS以后即切斷觸發(fā)脈沖，達到陰極與工件少受或不受損傷，并對電源本身起保護作用。
主回路及控制電路圖5中的有些環(huán)節(jié)是專為電解加工考慮的，開關HK901是為在電解加工機床控制臺控制或在電源柜本身控制之間轉(zhuǎn)換用，R904是為適應脈沖電流加工盡量提高加工電壓時，避免由于數(shù)字反饋的數(shù)模轉(zhuǎn)換存貯器可能溢出而設置的電壓手調(diào)電位器，HK902為電壓手調(diào)或數(shù)字調(diào)壓之間的轉(zhuǎn)換開關，QJ為過電流繼電器，WJ為晶閘管冷卻水溫度繼電器，YJ為冷卻水壓力繼電器，SJ為報警繼電器，GY為報警器，PJ為過流后復位繼電器，XJ為加電用中間繼電器，TJ為加電繼電器，CZ為起動接觸器，圖中帶括號的線號都是與機床控制臺相聯(lián)系的信號線。
利用本發(fā)明我們已研制成額定電壓24伏，額定直流電流3000安，額定脈沖峰值電流4000安的直流與脈沖兩用電源，用于電解加工型腔模具，在初加工時用直流電流，以提高加工速度，在接近加工尺寸時換成脈沖電流加工，以提高加工件的精度及表面光潔度，實用中獲得很好效果。利用本發(fā)明在對東風牌汽車發(fā)動機的連桿鍛模加工，具型腔尺寸較大，投影面積為165Cm2，形狀也較復雜，材料為模具鋼，淬火后進行型腔電解加工，用脈沖電流加工獲得了非常好的復制成形精度，得到均勻的加工間隙，經(jīng)測定各處底部間隙之差為0.02mm，側面間隙比底部間隙小0.08～0.10mm，側面各處間隙差也為0.02mm。對其同一鍛模型腔，在其他條件相同的情況下，采用直流加工，經(jīng)測定其底部間隙之差為0.5mm，側面間隙要比底部間隙大0.40mm，側面各處間隙之差為0.30mm。
使用本發(fā)明只要增大變壓器及晶閘管的電流容量，控制系統(tǒng)不需要作任何變動，即可制造出額定直流達到15000安，額定脈沖峰值電流達到20000安的大電流直流與脈沖兩用電源。使用本發(fā)明除具備上述高精度加工等優(yōu)點外，對使用脈沖電流加工的電解液流量可減少一半左右，我們在加工上述連桿鍛模時，電解液泵的額定流量只有6m3/h，加工出的型腔無流紋及局部尺寸變化現(xiàn)象，這也是采用直流加工所不能得到的。
權利要求
1.一種由晶閘管構成的大電流直流與脈沖兩用電源，其特征是兩用電源由邏輯電路、晶閘管觸發(fā)電路和數(shù)字調(diào)壓及數(shù)字穩(wěn)壓電路組成，并具有過電流保護電路進行保護。
2.按權利要求1所述的直流與脈沖兩用電源，其特征是邏輯電路有四組開關信號，控制六個晶閘管的觸發(fā)電路，在按鈕開關的控制下能產(chǎn)生八種有規(guī)則的開關信號，以控制觸發(fā)電路連續(xù)的或有規(guī)則的斷續(xù)發(fā)出觸發(fā)脈沖，使晶閘管有規(guī)則的輪流通導，從而形成直流及七種脈沖電壓，其輸出電壓由晶閘管的觸發(fā)角調(diào)節(jié)，輸出額定電流取決于變壓器及晶閘管的容量。
3.按權利要求1所述的直流與脈沖兩用電源，其特征是晶閘管觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖是否形成受邏輯開關信號控制，而不受邏輯開關信號干擾，觸發(fā)電路與主回路間用光電耦合器隔離，觸發(fā)脈沖前沿陟，移相范圍可達145°。
4.按權利要求1所述的直流與脈沖兩用電源，其特征是數(shù)字調(diào)壓及數(shù)字穩(wěn)壓電路，用撥碼開關予置的電壓數(shù)字與數(shù)字電壓表的實測數(shù)字進行比較，也可將予置的電流數(shù)字與數(shù)字電流表的實測數(shù)字進行比較，根據(jù)誤差情況自動修正一個專用存貯器中的數(shù)字，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬量作為觸發(fā)電路的給定值，從而修正了晶閘管的觸發(fā)角，使整流器的輸出電壓或電流向予置值縮小誤差的方向修正，當實際值與予置值的誤差小于允許范圍時停止修正，以達到數(shù)字調(diào)壓(或調(diào)流)及穩(wěn)壓(或穩(wěn)流)。
5.按權利要求1、2、3或4所述的直流與脈沖兩用電源，其特征是過電流保護電路當過電流信號接收后，經(jīng)過電子電路關閉邏輯開關，從而切斷觸發(fā)脈沖，停止對晶閘管的觸發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由邏輯部件及觸發(fā)電路組成的智能觸發(fā)器控制晶閘管構成的大電流直流與脈沖兩用電源。脈沖峰值電流達到4000安，比國內(nèi)使用其他方案能達到的電流容量大，具有七種脈沖頻率，三種占空比。三種脈沖寬度可供選擇；此外還具有數(shù)字調(diào)壓及數(shù)字穩(wěn)壓系統(tǒng)。此種直流與脈沖兩用電源電路簡單，節(jié)省器件，容易調(diào)整，一機多用。該電源用于脈沖電流電解加工，獲得了良好的效果，除用于電解加工外，在脈沖電鍍、電解與電脈沖復合加工等方面有著廣泛的應用前景。
文檔編號H03K3/352GK1034102SQ8810001
公開日1989年7月19日 申請日期1988年1月5日 優(yōu)先權日1988年1月5日
發(fā)明者沈光祖, 朱樹敏 申請人:合肥工業(yè)大學