CN201300269Y - 一种电火花脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电火花脉冲电源，包括直流电源电路、开关电路、功率放大电路和脉冲发生电路，所述脉冲发生电路经功率放大电路与开关电路的控制端连接，其特征在于：还包括一限流变压器，限流变压器的输出端连接至所述直流电源电路的输入端，所述直流电源电路的输出端直接经开关电路与加工电极连接构成放电加工回路。本实用新型通过限流变压器产生直流电源，直流电源直接与开关电路连接，提高了电能的利用率以及加工质量和稳定性。

Description

一种电火花脉冲电源

技术领域

本实用新型涉及一种加工机床部件，具体涉及一种用于加工机床的电火花脉冲电源。

背景技术

脉冲电源是电火花加工机床的关键部件。电火花加工用的脉冲电源的作用是把工频交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给放电间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对电火花加工的生产效率、表面质量、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大的影响。

目前电火花加工普遍采用的是电阻限流独立式脉冲电源，这种独立式脉冲电源主要由工频变压器、限流电阻、脉冲发生器、功率放大电路、开关电路等组成。采用工频变压器将380V电压变压后整流滤波成80～100V左右的直流电压，加工时靠脉冲发生器的脉冲经电流放大后驱动功率晶体管按一定脉宽脉间开通和断开使放电间隙GAP上加上脉冲电压。当间隙被击穿即可流过脉冲电流i，实现电火花加工。这一系统存在以下几个问题：①系统中的工频变压器体积大，效率低；②放电主回路中由于用电阻R来限制电流，一方面防止过流烧坏晶体管，另一方面可以按照工艺参数要求设定加工电流的大小。但正是由于这一电阻的存在，使得系统多消耗许多的电能，因为当主回路流过的电流是i时，一般放电时间隙维持电压为20V左右，消耗在放电间隙用于加工的能量为：P_GAP＝20·i(W)，而消耗在电阻上的能量为：P_R＝(U-20)·i(W)，因为U＝(80～100V)所以P_R＝(60～80V)·i(W)，消耗的总能量P＝(80～100V)·i(W)，由此可见真正用于加工的能量只占总消耗能量的20～25％，而其余75～80％的能量被白白消耗在限流电阻R上变成焦耳热而浪费掉，而且还要为此加一组强行冷却用的风扇来吹去这部分热量，又要增加几十到上百瓦的能量。

由上述可知，目前使用的脉冲电源存在较大的不足，能源利用率较低，工作稳定性低，不适合推广使用。

发明内容

本实用新型目的是提供一种电火花脉冲电源，通过对结构的改进，提高了能源利用效率。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种电火花脉冲电源，包括直流电源电路、开关电路、功率放大电路和脉冲发生电路，所述脉冲发生电路经功率放大电路与开关电路的控制端连接，还包括一限流变压器，限流变压器的输出端连接至所述直流电源电路的输入端，所述直流电源电路的输出端直接经开关电路与加工电极连接构成放电加工回路。

上述技术方案中，所述限流变压器的输出电流为10～30A，输出功率为1～3KW。

上文中，直流电源电路将限流变压器提供的交流电通过整流和滤波后输出。220V的交流电输入限流变压器T1的L、N端，输出70V的交流电，经过全波整流B1和滤波电容C1、C2后获得100V的直流电压。该直流电压作为电火花加工用的直流电源。由于限流变压器的自身限流保护功能，即使在负载短路的情况下，输出电流被限制在一定电流下。同时，限流变压器具有输出电压随负载电流的大小而变化，当负载电流增大时，输出电压会变小。在负载短路的情况下，限流变压器输出电压变为零，符合电火花加工对电源的特殊要求。而以前使用的工频变压器的输出为一恒定的交流电压，在负载短路的情况下，如果没有限流电阻，则变压器会损坏。同时，限流变压器也起到了调节加工电压的作用。所以，使用限流变压器后可以不使用限流电阻，从而提高了电源的效率。

工作时，首先是脉冲发生器产生高频参数化的脉冲信号，由功率推动电路进行功率放大，从而控制高频开关管的通断，高频开关管的另一端连接的是直流电源，该直流电经过开关管的通断而产生高频的放电加工脉冲电源。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：

1、由于本实用新型通过使用限流变压器取代原有的工频变压器，并且去除了限流电阻，使得直流电源直接与开关电路连接，极大地提高了电能的利用率，提高了加工质量和稳定性。

2、本实用新型结构简单，并且制造成本低廉，操作方便，适合推广使用。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一的电路结构图；

附图2为本实用新型实施例一中直流电源的电路结构图；

附图3为本实用新型实施例一中脉冲发生电路结构图；

附图4为本实用新型实施例一中功率放大电路结构图；

附图5为本实用新型实施例一中开关电路结构图。

其中：1、脉冲发生电路；2、功率放大电路；3、开关电路；4、直流电源电路；5、限流变压器；6、加工电极。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见附图1与附图2所示，一种电火花脉冲电源，包括一脉冲发生电路1，所述脉冲发生电路经功率放大电路2与开关电路3连接，还包括一直流电源电路4，所述直流电源电路4的输入端与限流变压器5的输出端连接，所述直流电源电路4的输出端直接经开关电路3与加工电极6连接构成放电加工回路。所述限流变压器输出电流为10～30A，输出功率为1～3KW。

如附图3所示，脉冲发生电路由大规模逻辑电路芯片EPM7032(U1)、拨码开关S1、排阻RP1、钟振U2和滤波电容C3、C4、C5等组成。5V电源通过电容C3、C4、C5滤波后进入U1的电源输入端VCC。1MHz的钟振产生1MHz频率的时钟信号作为U1的时钟信号，是U1工作的同步信号。拨码开关S1的1，2，3，4挡用来作为设置脉宽时间，5，6，7，8挡用来设置脉间时间。当拨码开关处于ON时，U1读入的值为1，当拨码开关处于OFF时，U1读入的值为0。S1的1，2，3，4挡可以用来作为设置16挡脉宽时间，分别为10us，20us，30us，40us，50us，60us，70us，80us，90us，100us，110us，120us，130us，140us，150us，160us。其中，读入的值为0000时，脉宽为10us，读入的值为1111时，脉宽为160us。同理，S1的4，5，6，7挡可以用来作为设置16挡脉间时间，分别为10us，20us，30us，40us，50us，60us，70us，80us，90us，100us，110us，120us，130us，140us，150us，160us。S1的1，2，3，4挡的值输入U1的PW0，PW1，PW2，PW3，S1的5，6，7，8挡的值输入U1的PP0，PP1，PP2，PP3。U1根据脉冲电源的功率要求，输出按S1设置的相同的6路脉冲信号，用于驱动放大，控制开关器件。脉冲的产生是用VHDL语言根据S1设置的脉宽和脉间时间来产生的，从U1的引脚Pulse1，Pulse2，Pulse3，Pulse4，Pulse5，Pulse6输出。

本实施例中，开关电路的功率开关器件使用MOSFET管IRFP250。在设计MOSFET管的驱动电路时，对脉冲驱动信号有一定的要求。脉冲驱动信号必须具有一定的电流驱动能力和很快的开关速度。因此，从U1引脚输出的脉冲信号不能直接作为MOSFET管的驱动信号，必须对U1引脚输出的脉冲信号进行一定的放大才能驱动大功率的MOSFET管。其驱动电路如图4所示。驱动电路使用一片具有7路完全一致的达林顿管驱动芯片ULN2004A(Q1)。电阻R1在Q1的内部，R2为上拉驱动电阻。从U1输出的驱动脉冲Pulse1到Pulse6分别输入Q1的1到6脚，Q1的16到11脚通过电阻R2到R7连接到驱动电源12V产生MOSFET管的驱动信号DrivePulse1到DrivePulse6。此电路通过电阻R2对MOSFET管的输入电容进行充电，通过达林顿管进行快速放电。从而进行MOSFET管的快速导通和截至，降低MOSFET管的导通和截至功耗。

由于本脉冲电源工作电流达到20A，因此使用6个并联的MOSFET管设计开关电路，如图5所示。6个并联的MOSFET管Q2，Q3，Q3，Q4，Q5，Q6栅极驱动信号分别为图4中经过放大的脉冲信号DrivePulse1，DrivePulse2，DrivePulse3，DrivePulse4，DrivePulse5和DrivePulse6。MOSFET管Q2，Q3，Q3，Q4，Q5，Q6的源极S接地，漏极D连在一起接到电极，工件接到由图2得到的直流电源的正极。图5中MOSFET管Q2，Q3，Q3，Q4，Q5，Q6的栅极与源极之间的稳压管D1，D2，D3，D4，D5，D6是为了保护MOSFET管以防止它的栅源极被击穿。快恢复二极管D7是为了在MOSFET管关断的情况下提供续流回路，用以降低过高的电压变化率，避免MOSFET管被损坏。

Claims (2)

1.一种电火花脉冲电源，包括直流电源电路(4)、开关电路(3)、功率放大电路(2)和脉冲发生电路(1)，所述脉冲发生电路(1)经功率放大电路(2)与开关电路(3)的控制端连接，其特征在于：还包括一限流变压器(5)，限流变压器(5)的输出端连接至所述直流电源电路(4)的输入端，所述直流电源电路(4)的输出端直接经开关电路(3)与加工电极(6)连接构成放电加工回路。

2.根据权利要求1所述的一种电火花脉冲电源，其特征在于：所述限流变压器(5)的输出电流为10～30A，输出功率为1～3KW。

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