CN211539826U

CN211539826U - 一种电火花线切割无阻脉冲电源

Info

Publication number: CN211539826U
Application number: CN201921970996.3U
Authority: CN
Inventors: 邱明波; 赵锦超; 卢攀; 刘志东; 邹尧
Original assignee: Jiangsu Nanhang Laichuang Technology Co ltd; Nanjing University Of Aeronautics And Astronautics Wuxi Research Institute; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Jiangsu Nanhang Laichuang Technology Co ltd; Nanjing University Of Aeronautics And Astronautics Wuxi Research Institute; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2029-11-15

Abstract

本实用新型公开一种电火花线切割无阻脉冲电源，它包括高压回路、中压回路及低压回路，控制模块、高压驱动模块、第一限流电阻、高压斩波模块、第一单向电路和加工间隙依次相连形成高压回路；控制模块、第一中压驱动模块、第二限流电阻、第一中压斩波模块、第二单向电路和加工间隙依次相连形成中压回路；控制模块、低压驱动模块、低压斩波模块、第三单向电路和加工间隙依次相连形成低压回路；高压、中压及低压回路在输出端与放电间隙并联；三个驱动模块输出同步脉冲信号；中压回路实现了功率放大和分级降压的功能，减小对电源的冲击，低压回路没有限流电阻。本实用新型可以大幅度减少电源中限流电阻的发热，减少能量损耗，提高能量利用率。

Description

一种电火花线切割无阻脉冲电源

技术领域

本实用新型属于电火花线切割加工技术领域，涉及一种电火花线切割加工的脉冲电源，尤其是一种电火花线切割无阻脉冲电源。

背景技术

电火花线切割技术的基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。其特点如下：

(1)加工中不存在显著的机械切削力，无论工件硬度和刚度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工，但无法加工非金属导电材料；

(2)可以加工小孔和复杂形状零件，但无法加工盲孔；

(3)电极丝损耗小，加工精度高；

(4)加工时产生的切缝窄，金属蚀除量少，有利于材料的再利用。

脉冲电源加工先发生极间介质的电离、击穿，形成放电通道，后发生正常加工，施加较高的电压有助于提高击穿概率，实现稳定加工，但限流电阻分压较大；施加低压可以减少限流电阻的分压，但击穿概率低。其次，为了满足大的加工电流，限流电阻的阻值较小，这将导致限流电阻的功率较大、发热严重及电源能量利用率低的问题。

为了减少限流电阻的发热及能量损耗严重现象，提高能量利用率，做到高效低耗加工，设计了该无阻脉冲电源。

实用新型内容

为解决电源限流电阻发热严重造成的能量利用率低的问题，本实用新型提供一种电火花线切割无阻脉冲电源，采用该电源可以提高能量利用率，减少限流电阻的发热，做到高效低耗加工。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种电火花线切割无阻脉冲电源，它包括控制模块、高压驱动模块、中压驱动模块、低压驱动模块、第一限流电阻、高压斩波模块、中压斩波模块、低压斩波模块、第一单向电路和加工间隙，控制模块、高压驱动模块、第一限流电阻、高压斩波模块、第一单向电路和加工间隙依次相连形成高压回路；控制模块、中压驱动模块、第二限流电阻、中压斩波模块、第二单向电路和加工间隙依次相连形成中压回路；控制模块、低压驱动模块、低压斩波模块、第三单向电路和加工间隙依次相连形成低压回路；高压、中压及低压回路在输出端与放电间隙并联；高压、中压、低压驱动模块输出脉冲信号，对恒定直流电压输入进行通断控。其中，中压回路实现了功率放大和分级降压的功能，减小对电源的冲击，低压回路没有限流电阻，大幅减小电源中限流电阻的发热及能量损耗严重现象，提高能量利用率。

进一步地，控制模块发出同步的脉冲信号经高压驱动模块、中压驱动模块和低压驱动模块后，输入至放电间隙进行介质击穿或加工放电。

进一步地，高压回路、中压回路和低压电路的输出端均有单向电路，使高低电压互不干扰。

进一步地，高压、中压和低压驱动模块的基本组成电路为单路开关电路，高压驱动模块由单路开关电路组成，中压驱动模块和低压驱动模块各由多路开关电路组成。

进一步地，高压回路的第一限流电阻大，阻值范围为1千欧至10千欧；中压回路的第二限流电阻阻值适中，阻值范围为200欧姆至1千欧姆；低压回路不需要限流电阻。

进一步地，高压回路的高压斩波模块可提供100伏至500伏的直流电源；中压回路的中压斩波模块可提供30伏至100伏的直流电源；低压回路中的斩波模块可提供20伏至30伏的直流电源。

进一步地，中压回路可扩展为多级压降回路，每级压降回路均由驱动模块、斩波模块、限流电阻和单向电路和放电间隙依次连接构成开环回路，实现多级缓和降压。

有益效果：

1.本实用新型克服了传统电火花线切割机床限流电阻的发热严重、能量损耗严重的困难。

2.本实用新型的驱动击穿模块和无阻模块具有自适应性，不需要程序控制其通断的先后顺序。

3.本实用新型的放电间隙处电压由高电压到低电压分级降压，减小了大的压降造成的冲击。

4.本实用新型适用范围广，不仅适用于金属材料，对于非金属以及含有导电物质的非均质符合材料仍然适用。

附图说明

图1是本实用新型电火花线切割无阻脉冲电源的原理框图；

图2是本实用新型一实施例的实现无阻脉冲电源功能的关键电路图；

图3是本实用新型一实施例实现无阻脉冲电源二级压降的关键电路图；

图中：1-控制模块；21-高压驱动模块；22-第一限流电阻；23-高压斩波模块；24-第一单向电路；31-第一中压驱动模块；32-第二限流电阻；33-第一中压斩波模块；34-第二单向电路；41-低压驱动模块；43-低压斩波模块；44-第三单向电路；5-放电间隙；311-第二中压驱动模块；321-第三限流电阻；331-第二中压斩波模块；341-第四单向电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实施例提出了一种电火花线切割无阻脉冲电源，如图1所示，它包括它包括控制模块1、高压驱动模块21、第一限流电阻22、高压斩波模块23、第一单向电路24、第一中压驱动模块31、第二限流电阻32、第一中压斩波模块33、第二单向电路34、低压驱动模块41、低压斩波模块43、第三单向电路44和加工间隙5，控制模块1、高压驱动模块21、第一限流电阻22、高压斩波模块23、第一单向电路24和加工间隙5依次相连形成高压回路；控制模块1、第一中压驱动模块31、第二限流电阻32、第一中压斩波模块33、第二单向电路34和加工间隙5依次相连形成中压回路；控制模块1、低压驱动模块41、低压斩波模块43、第三单向电路44和加工间隙5依次相连形成低压回路；高压、中压及低压回路在输出端与放电间隙5并联；高压驱动模块21、第一中压驱动模块31和低压驱动模块41输出脉冲信号，对恒定直流电压输入进行通断控。控制模块1输出单路脉冲信号至高压驱动模块21，控制模块1输出四路脉冲信号至第一中压驱动模块31和低压驱动模块41，驱动模块输出脉冲信号，对恒定直流电压输入进行通断控制。

本实施例的高压驱动模块21、第一中压驱动模块31和低压驱动模块41的基本组成电路为单路开关电路，高压驱动模块21由单路开关电路组成，第一中压驱动模块31和低压驱动模41块各由四路开关电路组成。

如图2所示，Q1、Q2及Q3为场效应管，Q1接收来自高压驱动模块21的脉冲信号，Q2接收来自第一中压驱动模块31的脉冲信号，Q3接收来自低压驱动模块41的脉冲信号；Q1、Q2和Q3的源极接地，高压驱动模块21的场效应管Q1漏极接第一限流电阻22，第一限流电阻22与第三电阻R3相连，第一单向电路24的正极接高压斩波模块23与第三电阻R3，其负极接加工间隙5；第一中压驱动模块31的场效应管Q2漏极接第二限流电阻32，第二限流电阻32与第四电阻R4相连，第二单向电路34的正极接第一中压斩波模块33与第四电阻R4，其负极接加工间隙5；低压驱动模块41的场效应管Q3漏极不接限流电阻，直接与第五电阻R5相连，第三单向电路34的正极接低压斩波模块43与第五电阻R5，其负极接加工间隙5。

本实用新型电火花线切割无阻脉冲电源工作原理如下：

Q1接收来自高压驱动模块21的脉冲信号，控制电压的通断，当控制信号为低电平时，Q1关断，放电间隙5处无压降，故无法击穿形成放电通道；当控制信号为高电平时，Q1导通，放电间隙5处有压降，形成放电通道，此时高压回路中具有非常小的电流为I₁，中压回路中具有非常小的电流I₂，低圧回路因没有限流电阻，可达到较高的电流I₃，低压斩波模块43可调节加工电流大小，则加工间隙5处的电流为：

I＝I₁+I₂+I₃

本实施例采用如下表1所示参数，对传统电火花线切割脉冲电源中限流电阻的功率损耗与本实用新型中的限流电阻的功率损耗进行定量比较(假设加工间隙5正常加工有效电源20V)：

表1本实用新型实例参数设置

传统脉冲电源的峰值电压为200V，采用1:3的占空比，则有效电压为100V，则传统电源的限流电阻分压80V；为了提供大电流，其限流电阻选择小电阻2欧姆，则其功率P₁为：

根据上表1所示的参数，本实用新型的高压斩波模块23的电压有效值为100V，第一中压斩波模块33的电压有效值为60V，低压斩波模块43的电压有效值为20V，则第一限流电阻22分压80V，第二限流电阻32分压40V，P₂₂为第一限流电阻22的功率，P₃₂为第二限流电阻32的功率，其功率分别为：

本实用新型中限流电阻的总功率损耗为：

P＝P₂₂+P₃₂＝0.64+0.32＝0.96(W)

与传统电火花脉冲电源相比，其限流电阻的功率损耗大幅度下降，减少了限流电阻的发热严重的现象，提高了能量利用率。

在其他实施方式中，中压回路可扩展为多级压降回路，每级压降回路均由驱动模块、斩波模块、限流电阻和单向电路和放电间隙5依次连接构成开环回路，实现多级缓和降压。

如图3所示，在上述实施例基础上增加第二中压驱动模块311、第三限流电阻321(R21)、第六电阻R41、第二中压斩波模块331和第四单向电路341，第二中压驱动模块311的场效应管Q21漏极接第三限流电阻321，第三限流电阻321与第六电阻R6相连，第四单向电路341的正极接第二中压斩波模块331与第六电阻R6，其负极接加工间隙5。将上述实施例的中压回路扩展为二级压降回路，可以实现多级缓和压降，实现稳定加工。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种电火花线切割无阻脉冲电源，它包括控制模块(1)、高压驱动模块(21)、第一限流电阻(22)、高压斩波模块(23)、第一单向电路(24)、第一中压驱动模块(31)、第二限流电阻(32)、第一中压斩波模块(33)、第二单向电路(34)、低压驱动模块(41)、低压斩波模块(43)、第三单向电路(44)和加工间隙(5)，其特征在于：所述控制模块(1)、所述高压驱动模块(21)、所述第一限流电阻(22)、所述高压斩波模块(23)、所述第一单向电路(24)和所述加工间隙(5)依次相连形成高压回路；所述控制模块(1)、所述第一中压驱动模块(31)、所述第二限流电阻(32)、所述第一中压斩波模块(33)、所述第二单向电路(34)和所述加工间隙(5)依次相连形成中压回路，对功率进行放大和分级降压；所述控制模块(1)、所述低压驱动模块(41)、所述低压斩波模块(43)、所述第三单向电路(44)和所述加工间隙(5)依次相连形成低压回路；高压、中压及低压回路在输出端与所述加工间隙(5)并联；所述高压驱动模块(21)、所述第一中压驱动模块(31)和所述低压驱动模块(41)输出脉冲信号，对恒定直流电压输入进行通断控。

2.根据权利要求1所述的电火花线切割无阻脉冲电源，其特征在于：所述控制模块(1)发出同步的脉冲信号经所述高压驱动模块(21)、所述第一中压驱动模块(31)和所述低压驱动模块(41)后，输入至所述加工间隙(5)进行介质击穿或加工放电。

3.根据权利要求1所述的电火花线切割无阻脉冲电源，其特征在于：所述高压、中压和低压回路的输出端均有单向电路。

4.根据权利要求1或2所述的电火花线切割无阻脉冲电源，其特征在于：所述高压驱动模块(21)、所述第一中压驱动模块(31)和所述低压驱动模块(41)的基本组成电路为单路开关电路，所述高压驱动模块(21)由单路开关电路组成，所述第一中压驱动模块(31)和所述低压驱动模块(41)各由多路开关电路组成。

5.根据权利要求1所述的电火花线切割无阻脉冲电源，其特征在于：所述高压回路的第一限流电阻(22)的阻值范围为1千欧至10千欧；所述中压回路的第二限流电阻(32)的阻值范围为200欧姆至1千欧姆。

6.根据权利要求1所述的电火花线切割无阻脉冲电源，其特征在于：所述高压回路的高压斩波模块(23)提供100伏至500伏的直流电源；所述中压回路的第一中压斩波模块(33)提供30伏至100伏的直流电源；所述低压回路中的低压斩波模块(43)提供20伏至30伏的直流电源。

7.根据权利要求1所述的电火花线切割无阻脉冲电源，其特征在于：所述中压回路扩展为多级压降回路，每级压降回路均由驱动模块、斩波模块、限流电阻、单向电路和加工间隙(5)依次连接构成开环回路。