一種斬波式節(jié)能型電加工脈沖電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電源，具體涉及一種斬波式節(jié)能型電加工脈沖電源。
【背景技術(shù)】
[0002]其性能優(yōu)劣對電火花加工的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品加工質(zhì)量、電極損耗有較大的影響，尤其和電能利用率有決定性的影響。
[0003]脈沖電源是電加工系統(tǒng)中的主要組成部分，有多種結(jié)構(gòu)形式。例如，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)上派生出的高低壓復(fù)合脈沖電源、多回路脈沖電源等不同類型脈沖電源。
[0004]最常用的串聯(lián)限流電阻電火花加工脈沖電源的電能利用率小于25%，超過75%的電能則以熱量的形式消耗在限流電阻上，不僅降低電能的利用率，同時也對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。主回路電感限流式的脈沖電源需要設(shè)計、使用電感元件或變壓器線圈中的電感替代限流電阻進(jìn)行限流和儲能，雖然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。也有PWM調(diào)壓式節(jié)能電加工脈沖電源，其在高頻PWM工作方式下，受制于功率開關(guān)元件的開關(guān)損耗很大，很難實(shí)現(xiàn)高頻脈沖電加工。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種斬波式節(jié)能型電加工脈沖電源，該電源不僅取消了耗能嚴(yán)重的限流電阻，提高脈沖電源的利用率，并且具備起弧電壓高、可調(diào)的特點(diǎn)，容易起弧，自適應(yīng)調(diào)壓及脈沖電流參數(shù)可調(diào)的性能，同時可以對脈沖電壓、脈沖電流、脈沖寬度及脈沖間隔進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)整。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所述的斬波式節(jié)能型電加工脈沖電源斬波式節(jié)能型電加工脈沖電源，其特征在于，包括第二可調(diào)直流電源、第一可調(diào)直流電源、主控單片機(jī)、穩(wěn)流電路、第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、第一高壓隔離二極管、第二高壓隔離二極管、脈沖變換及起弧驅(qū)動電路、脈沖變換及斬波驅(qū)動電路、電源調(diào)節(jié)控制電路；
[0007]所述第二可調(diào)直流電源的負(fù)極與第一可調(diào)直流電源的正極相連接，第一可調(diào)直流電源的負(fù)極與待加工工件相連接，第二可調(diào)直流電源的正極經(jīng)第一功率開關(guān)管與第一高壓隔離二極管的正極相連接，第一可調(diào)直流電源的正極依次經(jīng)穩(wěn)流電路及第二功率開關(guān)管與第二高壓隔離二極管的正極相連接，第一高壓隔離二極管的負(fù)極與第二高壓隔離二極管的負(fù)極相連接后與電極相連接；
[0008]主控單片機(jī)經(jīng)通信接口與直流電源調(diào)節(jié)控制電路的輸入端、脈沖變換及起弧驅(qū)動電路的輸入端、脈沖變換及斬波驅(qū)動電路的輸入端及穩(wěn)流電路的輸入端相連接，脈沖變換及起弧驅(qū)動電路的輸出端與第一功率開關(guān)管的控制端相連接，脈沖變換及斬波驅(qū)動電路的輸出端與第二功率開關(guān)管的控制端相連接，電源調(diào)節(jié)控制電路的輸出端分別與第一可調(diào)直流電源的控制端及第二可調(diào)直流電源的控制端相連接。
[0009]所述第一可調(diào)直流電源的電流大小及電壓大小分別為0-50A及0-60V。
[0010]所述第二可調(diào)直流電源的電流大小及電壓大小分別為200-300V及0-5A。
[0011]通過脈沖變換及起弧驅(qū)動電路輸出的PWM脈沖信號控制第一功率開關(guān)管輸出的起弧電流脈沖，并在起弧電流產(chǎn)生后關(guān)斷第一功率開關(guān)管；
[0012]通過脈沖變換及斬波驅(qū)動電路輸出的PWM脈沖信號控制第二功率開關(guān)管輸出的電流脈沖寬度，PWM脈沖信號的脈沖寬度最小為I μ S。
[0013]所述穩(wěn)流電路包括第三功率開關(guān)管，第三功率開關(guān)管與第二可調(diào)直流電源的正極及第二功率開關(guān)管相連接，第三功率開關(guān)管的控制端與主控單片機(jī)的輸出端相連接。
[0014]還包括用于檢測第二功率開關(guān)管輸出電流的檢測器，檢測器由第一脈沖電流傳感器及第二脈沖電流傳感器組成，其中，第一脈沖電流傳感器與第二功率開關(guān)管串聯(lián)連接，第二脈沖電流傳感器與第三功率開關(guān)管串聯(lián)連接。
[0015]電極與待加工工件之間的脈沖電流間隙電壓V Q2+VQ4+VD2+V,.alpg，其中，Vq2為第二功率開關(guān)管的飽和電壓降，Vq4為第三功率開關(guān)管的穩(wěn)壓電壓降，V D2為第二尚壓隔尚二極管的導(dǎo)通電壓降，V_:為放電間隙電弧電壓降。
[0016]所述第二可調(diào)直流電源在每個脈沖周期的工作時間小于0.2 μ S。
[0017]所述第一功率開關(guān)管的電流容量及第一高壓隔離二極管的電流容量均小于10Α，耐壓范圍均大于等于600V ;
[0018]所述第二功率開關(guān)管及第二高壓隔離二極管的電流容量均大于100Α，第二功率開關(guān)管的耐壓范圍大于等于150V，第二高壓隔離二極管的耐壓范圍大于等于600V。
[0019]還包括用于檢測電極與待加工工件之間的脈沖電流間隙電壓Vtj的檢測電路。
[0020]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0021]本實(shí)用新型所述的斬波式節(jié)能型電加工脈沖電源在使用時，通過電壓調(diào)節(jié)電路來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，同時通過主控單片機(jī)和脈沖變換及起弧驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)第一功率開關(guān)管輸出的脈沖寬度的調(diào)節(jié)，通過主控制單片機(jī)及脈沖變換及斬波驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)第二功率開關(guān)管輸出的脈沖寬度的調(diào)節(jié)，同時通過穩(wěn)流電路實(shí)現(xiàn)輸出的電流的調(diào)節(jié)，另外，通過主控單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)脈沖間隔的獨(dú)立調(diào)整，操作簡單，徹底取消了耗能嚴(yán)重的限流電阻，電能利用率能提高2倍左右。并且本實(shí)用新型的起弧回路中的第一功率開關(guān)管與第二功率開關(guān)管同步開通，第一功率開關(guān)管不參與主脈沖電流供電，故第一功率開關(guān)管只有很小的開通損耗和關(guān)斷損耗，沒有產(chǎn)生導(dǎo)通損耗。
[0022]進(jìn)一步，第一功率開關(guān)管與第二功率開關(guān)管輸出脈沖寬度取決于的PWM脈沖信號，在PWM脈沖信號驅(qū)動下第二功率開關(guān)管只起開關(guān)作用，大幅度降低了工作于斬波狀態(tài)的第二功率開關(guān)管的工作電壓，改善了第二功率開關(guān)管的工作條件。
[0023]另外，本實(shí)用新型取消了傳統(tǒng)電火花加工脈沖電源所需的大功率工頻變壓器，同時降低了對直流電源的穩(wěn)定時間的要求，有效地減少了脈沖電源的體積和重量，并且成本低；本實(shí)用新型徹底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。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型的原理圖；
[0025]圖2為本實(shí)用新型中主控單片機(jī)的外部電路圖；
[0026]其中，I為第一可調(diào)直流電源、2為第二可調(diào)直流電源、3為穩(wěn)流電路、4為脈沖變換及起弧驅(qū)動電路、5為脈沖變換及斬波驅(qū)動電路、6為檢測電路、7為電源調(diào)節(jié)控制電路、8為通信接口、9為主控單片機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0028]參考圖1及圖2，本實(shí)用新型所述的斬波式節(jié)能型電加工脈沖電源包括第一可調(diào)直流電源1、第二可調(diào)直流電源2、主控單片機(jī)、穩(wěn)流電路3、第一功率開關(guān)管Q1、第二功率開關(guān)管Q2、第一高壓隔離二極管D1、第二高壓隔離二極管D2、脈沖變換及起弧驅(qū)動電路4、脈沖變換及斬波驅(qū)動電路5、電源調(diào)節(jié)控制電路7 ;所述第二可調(diào)直流電源2的負(fù)極與第一可調(diào)直流電源I的正極相連接，第一可調(diào)直流電源I的負(fù)極與待加工工件相連接，第二可調(diào)直流電源2的正極經(jīng)第一功率開關(guān)管Ql與第一高壓隔離二極管Dl的正極相連接，第一可調(diào)直流電源I的正極依次經(jīng)穩(wěn)流電路3及第二功率開關(guān)管Q2與第二高壓隔離二極管D2的正極相連接，第一高壓隔離二極管Dl的負(fù)極與第二高壓隔離二極管D2的負(fù)極相連接后與電極相連接，電極位于待加工工件的正上方；主控單片機(jī)的輸出端與電源調(diào)節(jié)控制電路8的輸入端、脈沖變換及起弧驅(qū)動電路4的輸入端、脈沖變換及斬波驅(qū)動電路5的輸入端及穩(wěn)流電路3的控制端相連接，脈沖變換及起弧驅(qū)動電路4的輸出端與第一功率開關(guān)管Ql的控制端相連接，脈沖變換及斬波驅(qū)動電路5的輸出端與第二功率開關(guān)管Q2的控制端相連接，電源調(diào)節(jié)控制電路7的輸出端分別與第一可調(diào)直流電源I的控制端及第二可調(diào)直流電源2的控制端相連接；第一可調(diào)直流電源I的電流大小及電壓大小分別為0-50A及0-60V ;第二可調(diào)直流電源2的電流大小及電壓大小分別為200-300V及0-5A ;通過脈沖變換及斬波驅(qū)動電路5輸出的PWM脈沖信號控制第二功率開關(guān)管Q2輸出的電流脈沖寬度，其中，第二功率開關(guān)管Q2輸出的電流脈沖最小寬度達(dá)I μ s ;穩(wěn)流電路3包括第三功率開關(guān)管Q3，第三功率開關(guān)管Q3與第二可調(diào)直流電源2的正極及第二功率開關(guān)管Q2相連接，第三功率開關(guān)管Q3的控制端與主控單片機(jī)的輸出端相連接。
[0029]本實(shí)用新型還包括用于檢測第二功率開關(guān)管Q2輸出電流的檢測器，檢測器由第一脈沖電流傳感器及第二脈沖電流傳感器組成，其中，第一脈沖電流傳感器與第二功率開關(guān)管Q2串聯(lián)連接，第二脈沖電流傳感器與第三功率開關(guān)管Q3串聯(lián)連接；電極與待加工工件之間的脈沖電流間隙電壓Vtj多V Q2+VQ4+VD2+V_S，其中，Vq2為第二功率開關(guān)管Q2的飽和電壓降，Vq4為第三功率開關(guān)管Q3的穩(wěn)壓電壓降，Vd2為第二高壓隔離二極管D2的導(dǎo)通電壓降，乂_為放電間隙電弧電壓降；第二可調(diào)直流電源2的工作時間小于0.2ys ;第一功率開關(guān)管Ql的電流容量及第一高壓隔離二極管Dl的電流容量均小于10A，耐壓范圍均大于等于600V ;所述第二功率開關(guān)管Q2及第二高壓隔離二極管D2的電流容量均大于100A，第二功率開關(guān)管Q2的耐壓范圍大于等于150V，第二高壓隔離二極管D2的耐壓范圍大于等于600V，本實(shí)用新型還包括用于檢測電極與待