電火花電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電路領(lǐng)域，尤其涉及一種電火花電源。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電火花加工是利用火花放電腐蝕金屬以實(shí)現(xiàn)金屬切削的加工方法。這種加工的工藝方法彌補(bǔ)了機(jī)械加工的某些不足，已成為模具工業(yè)、國(guó)防工業(yè)和精微制造中的重要手段。電火花電源作為電火花加工系統(tǒng)中重要組成部件，用以提供脈沖電流，形成火花放電，其性能對(duì)電火花加工的加工精度、生產(chǎn)效率、工具電極損耗、電能利用率等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有較大的影響。
[0003]電火花電源的類型有多種，如弛張式RC電源、脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)式電火花電源、電阻限流式電火花電源等。弛張式RC電源是最早使用的電火花電源，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在電參數(shù)不穩(wěn)、加工速度低、電能利用率低等缺點(diǎn)。目前電火花加工普遍采用的是電阻限流式電火花電源，其采用工頻變壓器隔離變壓，整流濾波后得到80至100伏左右的直流電壓，并以電阻進(jìn)行限流，按照一定規(guī)律控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電火花加工擊穿延遲、擊穿放電、消電離三個(gè)狀態(tài)的循環(huán)往復(fù)，完成電能的轉(zhuǎn)化，達(dá)到加工的目的。電阻限流式電火花電源存在的缺點(diǎn)主要包括:(1)電能利用率低，一般小于25%，且通風(fēng)散熱條件要求高；(2)輸出短路時(shí)加工電流大，容易燒傷加工工件表面；(3)工頻變壓器體積重量大。
[0004]隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)開始采用DC/DC變換技術(shù)來(lái)研制無(wú)限流電阻電火花電源。目前，無(wú)限流電阻高頻開關(guān)型電火花電源主要采用單級(jí)式結(jié)構(gòu)，其主電路為高頻DC/DC變換器，利用電感限流。單級(jí)式高頻開關(guān)電火花電源效率可超過(guò)85 %，遠(yuǎn)高于電阻限流式電火花電源效率。但其仍存在加工效率低和加工精度不高等缺點(diǎn)。這是因?yàn)閾舸┓烹姇r(shí)電流存在著上升和下降階段，且上升時(shí)間和下降時(shí)間隨著電流設(shè)定值和濾波電感值的增大而增大，為了保證加工電流上升到設(shè)定值和下降到零，加工脈寬和消電離時(shí)間必須足夠長(zhǎng)。再者電源的濾波電感始終與加工間隙構(gòu)成回路，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)濾波電感儲(chǔ)存的能量向加工間隙釋放，加工電流拖尾，故加工精度不高。
[0005]另外對(duì)于目前市場(chǎng)上常見的無(wú)限流電阻高頻開關(guān)型電火花電源，還存在一個(gè)問(wèn)題:在需要三相交流電壓輸入及大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，高耐壓及低導(dǎo)通電阻的開關(guān)管難以獲得。這是因?yàn)槿嘟涣鬏斎腚妷赫骱蟮闹绷麟妷鹤罡呖蛇_(dá)645伏(按有效值=380V+20%計(jì)算)，而市場(chǎng)上MOSFET開關(guān)管的耐壓值一般多為400V或500V，且MOSFET開關(guān)管的導(dǎo)通電阻隨其耐壓值的增加而變大；而對(duì)于IGBT開關(guān)管，其耐壓值常見的有600V和1200V，雖然1200V的IGBT開關(guān)管可承受整流后的直流電壓，但其導(dǎo)通壓降大、開關(guān)頻率不高(與MOSFET相比)、存在電流拖尾。
[0006]綜上所述，目前使用的電火花電源存在電能利用率低、短路電流大、易燒傷加工工件表面、工頻變壓器體積重量大、加工效率低、加工精度不高或者存在電流拖尾等缺點(diǎn)，特別是在高電壓輸入及大功率應(yīng)用場(chǎng)合更少有好的性能表現(xiàn)。
[0007]有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研宄創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的電火花電源，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種電火花電源。
[0009]本發(fā)明的電火花電源，包括:直流輸入電壓連接由第一電容和第二電容串聯(lián)組成的分壓電路，分壓電路與輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路連接，輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路與電流脈沖輸出形成電路連接，其中，第一原邊開關(guān)管、第二原邊開關(guān)管、第一原邊續(xù)流二極管、第二原邊續(xù)流二極管、第一高頻變壓器和第一副邊整流二極管共同組成輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路的第一路；第三原邊開關(guān)管、第四原邊開關(guān)管、第三原邊續(xù)流二極管、第四原邊續(xù)流二極管、第二高頻變壓器和第二副邊整流二極管共同組成輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路的第二路；所述輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路的第一路和輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路的第二路的輸出分別并聯(lián)在副邊續(xù)流二極管的兩端，所述輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路的第一路、所述輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路的第二路、所述副邊續(xù)流二極管以及濾波電感共同組成輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路；副邊開關(guān)管、輸出二極管、電流脈沖輸出緩沖電容組成電流脈沖輸出形成電路，然后電流脈沖輸出形成電路連接在負(fù)載上。
[0010]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]本發(fā)明的電火花電源，由直流輸入電壓(或交流電壓整流后的電壓)連接于分壓電容，連接于2個(gè)輸入側(cè)串聯(lián)的雙管正激變換電路(前級(jí)電路)，再連接于電流脈沖形成電路(后級(jí)電路)。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其具有的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0013]1、采用高頻開關(guān)電力電子變換技術(shù)，用高頻變壓器取代工頻變壓器，減小了體積重量；其直流輸入側(cè)串聯(lián)使得原邊開關(guān)管電壓應(yīng)力減半，可采用低耐壓及低導(dǎo)通電阻的開關(guān)管，降低成本及增大電源變換效率；變壓器副邊交錯(cuò)并聯(lián)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)串聯(lián)電容的均壓，減小輸出電感電流的紋波，提高加工精度。
[0014]2、采用兩級(jí)電流控制，一是前級(jí)電路恒流控制輸出電感中的電流，以提供較為穩(wěn)定的脈沖電流幅值，二是后級(jí)電路控制旁路開關(guān)管來(lái)確定火花放電和消電離的時(shí)間長(zhǎng)短。這樣使得短路電流不大于受控的脈沖電流幅值，且確保間隙電流的回零不存在拖尾現(xiàn)象。提高了加工精度和加工效率，同時(shí)大大提高了電能的利用率。
[0015]上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的電火花電源的組成框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的電火花電源原理圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的前級(jí)電路主要波形示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的后級(jí)電路主要波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0021]針對(duì)高壓輸入及大功率場(chǎng)合下難以獲得高耐壓及低導(dǎo)通電阻開關(guān)管的情況，提供一種電火花電源，其直流輸入側(cè)串聯(lián)使得原邊開關(guān)管的電壓應(yīng)力減半，因此原邊可采用低耐壓及低導(dǎo)通電阻的開關(guān)管，降低成本及增大電源變換效率；副邊采用交錯(cuò)并聯(lián)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)直流輸入側(cè)串聯(lián)電容的均壓，同時(shí)可減小輸出電感電流的紋波，提高電火花加工精度；電火花加工電流由兩部分加以控制，一是對(duì)輸出電感中的電流進(jìn)行恒流控制(以提供較為穩(wěn)定的電流幅值，其大小由幅值電流參考值確定)，二是控制旁路開關(guān)管來(lái)確定火花放電和消電離的時(shí)間長(zhǎng)短，且確保間隙電流的回零不存在拖尾現(xiàn)象。
[0022]參見圖1，一種電火花電源的組成框圖，包括直流輸入電壓1，分壓電路2，輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3和電流脈沖形成電路4，而圖2為上述電火花電源原理圖，由圖1和圖2所公開的內(nèi)容可以獲知，直流輸入電壓UUiM或交流電壓整流后的直流電壓)連接由第一電容C1和第二電容C2串聯(lián)組成的分壓電路2，分壓電路2與輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3連接，輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3與電流脈沖輸出形成電路4連接。其中第一原邊開關(guān)管S1、第二原邊開關(guān)管S2，第一原邊續(xù)流二極管D1、第二原邊續(xù)流二極管D2，第一高頻變壓器1\和第一副邊整流二極管D 5共同組成輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3的一路(簡(jiǎn)稱第一路)；第三原邊開關(guān)管S3、第四原邊開關(guān)管S4，第三原邊續(xù)流二極管D3、第四原邊續(xù)流二極管D4、第二高頻變壓器TjP第二副邊整流二極管D 6共同組成輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3的另外一路(簡(jiǎn)稱第二路)。第一路和第二路的輸出分別并聯(lián)在副邊續(xù)流二極管叫的兩端，即如圖2的A點(diǎn)和B點(diǎn)，第一路、第二路、副邊續(xù)流二極管D7以及濾波電感L共同組成輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3。副邊開關(guān)管S5、輸出二極管D8、電流脈沖輸出緩沖電容C3組成電流脈沖輸出形成電路4，然后電流脈沖輸出形成電路4接在負(fù)載上。輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3采用輸入側(cè)串聯(lián)是為了降低原邊開關(guān)管的電壓應(yīng)力，采用輸出交錯(cuò)并聯(lián)是為了解決串聯(lián)分壓電路電容的偏壓?jiǎn)栴}。輸入串聯(lián)輸出交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3是對(duì)濾波電感L中的電流進(jìn)行恒流控制，是為脈沖輸出電流提供一個(gè)可控的恒定幅值?？刂聘边呴_關(guān)管S5的關(guān)斷與導(dǎo)通，可以控制電火花的放電時(shí)間和消電離時(shí)間。
[002