Генератор импульсов для электроэрозионной обработки материалов

 

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ . ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ , имеющий четыре входные клеммы для подключения фазовых выводов обмоток и вывода нейтрали .трехфазного источника переменного тока, положительный и отрицательный выходные выводы для соединения с рабочими электродами, содержащий три конденсатора и две пары вентильных ячеек, зашунтированных конденсаторами, вентили в которых включены последовательно-согласно анодными выводами подключенные к первой и второй входным клеммам, причем третья входная клемма соединена с отрица тельным выходным выводом, а четвертая входная клемма, объединенная с нейтралью звезды, через третий конденсатор подключена к средним выводам обеих вентильных ячеек, и блок контроля фазового напряжения источника и управления вентилями, отличающийся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей путем увеличения выходного напряжения, он дополнительно снабжен двумя последовательно включенными тиристорами, один из которых своим анодом и катодом г подключен к катодным выводам обеих КЛ вентильных ячеек соответственно, а другой - между упомянутыми катодными выводами и положительным выходным вьтодом, а управляемые переходы этих тиристоров - к дополнительньм выходам блока контроля напряжения источника и управления вентилями.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И}

3(51) В 23 Р 1/02 (21) 3520909/25-08 (22) 07.12.82 (46) 15.04.84. Бюль 14 (72) В.К. Быстров, А.Г. Николаев и И.И. Демчук (53) 621.9.048(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР по заявке В 3340266/25-00, кл. В 23 P i/02, 1981. (54)(57) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ .

ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ NATEPHAЛОВ, имеющий четыре входные клеммы для подключения фазовых выводов обмоток и вывода нейтрали .трехфазного источника .переменного тока, положительный и отрицательный выходные выводы для соединения с рабочими электродами, содержащий три конденсатора и две пары вентильнык ячеек, зашунтированнык конденсаторами, вентили в которых включены последовательно-согласно анодными выводами подключенные к первой и второй входным клеммам, причем третья входная клемма соединена с отрицательным выходным выводом, а четвертая входная клемма, объединенная с нейтралью звезды, через третий конденсатор подключена к средним выводам обеих вентильных ячеек, и блок контроля фазового напряжения источника и управления вентилями, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей путем увеличения выходного напряжения, он дополнительно снабжен двумя последовательно включенными тиристорами, один из которых своим анодом и катодом подключен к катодным выводам обеих вентильных ячеек соответственно, а другой — между упомянутыми катодными выводами и положительным выходным выводом, а управляемые переходы этих тиристоров — к дополнительным выходам блока контроля напряжения источника и управления вентилями.

1085732

Изобретение относится к электрот физическим методам обработки металлов и касается генератора импульсов для электроэрозионной обработки материалов.

Известен генератор импульсов для электроэрозионной обработки материалов, который имеет четыре входные клеммы для подключения фазовых выводов обмоток и вывода нейтрали трехфазного источника переменного тока, положительный и отрицательный выходные выводы для соеди, нения с рабочими электродами, содержит три.конденсатора и две пары вентипьных ячеек, зашунтированньк конденсаторами, вентили в которых включены последовательно-согласно, анодными выводами подключенные к первой и второй входным клеммам, причем третья входная клемма соединена с отрицательным выходным выводом, а четвертая входная клемма, объединенная с нейтралью звезды, через третий конденсатор подключена к средним выводам обеих вентильных ячеек, и блок контроля фазового напряжения источника и управления вентилями и .

Недостатком этого генератора являются относительно низкие удельные

:энергетические показатели, так как его напряжение на выходных выводах для соединения с рабочими электро- дами не превышает 3,73 амплитудного значения напряжения источника.

Целью данного изобретения является улучшение удельных энергетических показателей путем увеличения выходного напряжения генератора.

Поставленная цель достигается тем, что генератор импульсов для электроэрозионной обработки материалов, имеющий четыре входных клеммы для подключения фазовых выводов обмоток и вывода нейтрали трехфазного источника переменного тока, положительный и отрицательный выходные выводы для соединения с рабочими электродами, .содержащий три конденсатора и, две пары вентильных ячеек, зашунтированных конденсаторами, вентили в которых включены последовательносогласно, анодными выводами подключенные к первой и второй входным клеммам, причем третья входная клемма соединена с отрицательным вы-. ходным выводом, а четвертая входная . клемма, объединенная с нейтралью звезды, через третий конденсатор подключена к средним выводам обеих вентильных ячеек, и блок контроля фазового напряжения источника и управления вентилями, дополнительно снабжен двумя тиристорами, а блок контроля напряжения источника и управления вентилями — дополнительными выходами, при этом тиристоры

10 образуют последовательную цепочку и один из них своим анодом и катодом подключен к катодным выводам .обеих вентильных ячеек соответственно, а другой — между упомянутыми катодными выводами и положитель"

15 ным выходным выводом, катодом к последнему, а управляемые переходы этих тнристоров — к дополнительным выходам блока контроля напряжения источника и управления вентилями.

На чертеже представлена электрическая схема генератора импульсов для электроэрозионной обработки материалов.

Генератор содержит четыре вход25 ные клеммы 1-4, положительный 5 и отрицательный 6 выходные выводы для соединения с рабочими электродами, три конденсатора 7-9 н две пары вентильных ячеек, зашунтированных

30 может обеспечить эффективную обработку материалов с различной частотой импульсов в межэлектродном промежутке. Максимальная частота генерирования импульсов в промежут50 ке равна частоте генерирования переменного тока источником. В этом случае осуществляется так называемый

"быстрый" заряд конденсатора 8 и для

его эффективного заряда емкости кон55 денсаторов 7 и 9 должны быть боль- ше емкости конденсатора ((т.е.

С9 ) С7 O С8). конденсаторами 7 и 8, вентили 10 и 11, 12 и 13 ячеек включены последовательно — согласно, блок 14 контроля фазового напряжения и два гиристора 15 и 16.

31

При описании электромагнитных процессов в генераторе в целях упрощения рассматривается его работа. в режиме холостого хода. Условно также считается, что первая фаза источника годключена к входной клемме 1, вторая — к клемме 2, третья — к входной клемме 3, вентили 10, 11 и 13 диоды, а вентиль 12 — тиристор °

В зависимости от соотношения емкости конденсаторов 7-9 генератор. 1085732

При разряде конденсатора 8 на частоте меньшей, чем частота генерирования переменного тока зарядным источником, производится так называе- . мый "медленный" заряд конденсатора 5

8 — за несколько периодов изменения тока источника. В последнем случае соотношение емкостей конденсаторов изменяется (С8 > С7 з С9). В последнем случае конденсаторы 9 и 7 осуществляют функцию емкостных дозаторов энергии и вольтодобавочных источников, включаемых нериодически в цепь заряда накопительного конденсатора 8. Таким образом, работа гене- . 15 ратора закпючается в подготовке к формированию и в формировании импульсов.

Работа генератора в режиме подготовки формирования рабочих импульсов 20 на частоте источника, т.е. при его работе в режиме "быстрого" заряда конденсатора 8.

Напряжение на всех фазах источника сдвинуты на 120 эл. град. друг относительно друга и имеют прямой порядок чередования фаз. Пусть в исходный момент времени входные клем" мы относительно нейтрали имеют следующие значения потенциалов: первая и третья — отрицательны и одинаковы по величине, вторая — положительна.

В этом случае фазовое напряжение ис" ночника, приложенное к . клеммам 4. и 2 .- максимальное, и под его дейст. вием зарядится конденсатор 9 по цепи 2-13-9-4-2. По окончании заряда конденсатора 9 диод 13 запирается, так.как к его катоду приложено положительное (относнтельно анода) напряжение цепи: конденсатор 9 — вто. рая обмотка источника (клеммы 4-2).

При подаче с блока 14 сигнала на управляющий электрод тиристора 12 последний открывается и по цепи

9-12-8-2-4-9 осуществляется предварительный заряд конденсатора 8.Этот заряд завершается .ерез 180 эл.град. от начала отсчета и тиристор 12 погаснет, т.е. закроется естественным путем. В этот момент времени напряжение на конденсаторе 8 равно удвоенному фазному напряжению источника, а конденсатор 8 оказывается разобщенным от конденсатора 9. Использование тиристора 12 позволяет уменьшить массогабаритные показатели конденсатора 7, так как начальный заряд конденсатора 8 осуществляется от конденсатора 9 (до удвоенного амплитудного значения фазового напряжения ТИПТ) и поэтому для дозаряда конденсатора 8 требуется меньшая доза энергии, чем при его заряде с нулевьи начальным напряжением.

Так как при выбранном начале отсчета времени потенциал фазы III возрастает, то через 30 эл. град. от начала отсчета линейное напряжение, приложенное к входным клеммам 2 и 1, имеет максиальное значение и к этому моменту времени под действием этого напряжения, заряжается конденсатор 7 по цепи 2-13-10-7-1-4-2, а через 60 эл. град. сум-, марное напряжение конденсатора 9 и напряжения, приложенного к клеммам

4 и 1, достигает величины, равной удвоенному фазному напряжению. Поэтому конденсатор 7 дозарядится до двойного фазного напряжения. Через

120 эл. град.от начала отсчета потенциалы фаз II u I становятся одинаковыми и в последующие моменты потенциал фазы I возрастает по величине,ив этот момент блок контроля фазового напряжения открывает тиристор 15 и начинается доэаряд накопительного конденсатора 8 суммарным напряжением конденсатора 7 и линейного напряжения фаз I u II источника (с величиной напряжения, равной 3,73 фазного напряжения источника). Через 210 эл. град.,от начала отсчета заряд конденсатора 8 прекращается и тиристор 15 гаснетзапирается естественным путем. Конденсатор 8 при этом отключается от конденсатора 7. Через 330 эл. град. от начала отсчета подготовка к формированию импульса завершается и блок контроля фазового напряжения открывает тиристор 16, к входным выводам 5 и 6 прикладывается напряжение, величина которого s 5,46 раз превышает фазное напряжение источника (складывающееся из суммы напряжений конденсатора 8 и линейного напряжения фаз II и III). Этим напряжением осуществляется пробой рабо-. чего промежутка на электродах. Между электродом, который подключен к выходному выводу 5, и обрабатываемой деталью, к которой подключен электрод, соединенный с выходным выводом

1085732

6, образуется иониэированный канал, в который передается энергия иэ конденсатора 8, разряжаемого через источник (клеммы 2-4-3). Величина тока, протекающего в канале, определя- 5 ется суммарным напряжением конденсатора 8 и линейного напряжения источника. Благодаря большой плотности энергии в зоне разряда создается высокая температура, при которой материал на поверхности обрабатываемой детали плавится и частично испаряется.

Конденсатор 8 (предварительно заряженный по указанным цепям), формируя импульс тока в канале, разряжается до нуля, а затем, если сопротивление межэлектродного промежутка мало, переходит в режим ограничения тока источника, при этом он заряжается противоположной полярностью (перезаряжается).

С момента времени, когда ток в ионизированном канале становится равным нулю, тиристор 16 запирается (гаснет) и начинается процесс деионизации промежутка, так как рабочий импульс завершился. В это время в с еме генератора происходят процессы подготовки к формированию оче- ЗО

- редного импульса обработки материала и осуществляются заряд (подзаряд) коцденсаторов 9 и 7 по указанным цепям. По завершении подготовки формируется очередной импульс тока для обработки материала, находящегося в электроэрозионном рабочем промежутке. Эти импульсы следуют с частотой изменения тока (напряжения) источника. о 40

Процессы, происходящие в генераторе при "медленном™ заряде накопительного конденсатора 8, зависят от моментов открытия тиристоров 12, 45

15 и 16, обеспечивающих заряд и раз. ряд конденсатора 8. Накопительный . конденсатор 8 разряжается на рабочий промежуток в соответствии с, алгоритмом формирования рабочего

50 импульса напряжения, величина которого в 5,46 раз превышает фазное напряжение источника. Для обеспечения такого алгоритма формирования рабочего импульса определяются моменты открытия тиристоров 12 и 15, кото55

pbte выбираются с целью обеспечения минимальных потерь при заряде кон+ денсаторов 7 и 8 и обеспечения заряда этих конденсаторов до макснмального значения напряжений на их обкладках; конденсатора 7 — до удвоенного фазного напряжения, а конден- сатора 8 — до 3,73 Uù,„, где U максимальное фазное напряжение йсточника .Цепи заряда (подзаряда) и разряда этих конденсаторов аналогичны как и при "быстром" заряде. Конденсаторы 9 и 7 при этом осуществляют поочередно функцию емкостных дозаторов энергии, заряжаемых от источника, и вольтодобавочных источников, раэряжаемых при этом через источник.

В процессе подготовки к формированию импульса, выполняемого методом медленного заряда накопительного конденсатора 8, тиристор 16 находит- ся в закрытом состоянии, а поочеред+ ная коммутация тиристоров 12 и 15 обеспечивает. заряд конденсатора 8 с помощью вольтодобавочных конденсаторов 7 и 9, имеющих сравнительно малую емкость. Так как при формировании рабочих импульсов в генераторе с соотношением емкостей конденсаторов, требуемым при реализации быстрого заряда, энергия, запасаемая в конденсаторах 7 и 9, превышает значения энергии, необходимой для медленного заряда накопительного конденсатора 8. В целях снижения ско-,. рости заряда конденсатора 8 без уменьшения емкостей конденсаторов

7 и 9 коммутацию тиристоров 12 и

15 целесообразно осуществлять с задержкой по фазе. В этом случае источник осуществляет подзаряд и подразряд конденсаторов генератора меньшим средним значением тока, т.е. вместо одного мощного заряда импульса заряд конденсатора З.производится. ся серией импульсов с малыми дозами энергии в каждом импульсе тока, По завершении заряда конденсатора 8 до требуемого .напряжения подается сигнал на открытие тиристора 16 и производится формирование рабоче-

I го импульса, аналогично указанному.

Интегральное значение тока в импульсе (пропорциональное амплитуде и длительности тока) определяет удельные энергетические показатели

1 генератора. Так как выходное напряжение генератора превышает амплитуду напряжения ТИПТ в 5,46 раза, скорость передачи энергии, пропорциональная квадрату выходного напряже1085732

Составитель В. Влодавский

Техред.М. Гергель Корректор М. Демчик

Редактор А. Химчук

Заказ 2131/11 Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ния, увеличивается по сравнению с базовым объектом (у,которого выходное напряжение не превосходит зна- . чения амплитуды ТИПТ более чем в

3,73 раза) почти в 1,5 раза.. В связи с тем, что энер :ч источника переда ется на выходные выводы через вольтодобавочные конденсаторы и накопительный конденсатор, которые ограничивают величину тока в эроэионном про-10 межутке (ионизированном канале) во всех режимах генератора — вплоть до режима короткого замыкания, генератор не требует специальной защиты, используемой обычно для предотвра" 15 щения выхода генератора из строя в случаях короткого замыкания его выхода (например, при случайном сведении рабочих электродов).

Процессы заряда конденсаторов 20

7 — 9 происходят практически независимо от процесса разряда конденсатора 8 во время формирования рабочего импульса. Это позволяет эксплуа" тировать ТИПТ в режиме постоянной 25 потребляемой мощности как при быстром, так и при медленном заряде накопительного конденсатора 8. Увеличение выходного напряжения генератора в свою очередь позволяет (при той же энергии) уменьшить емкость накопительного конденсатора, а соответственно и уменьшить постоянную времени разряда (р = RC). Поэтому мощность, выделяющаяся на выходных выводах за время разряда кон" денсатора 8 (формирования рабочих импульсов) возрастает из-за уменьшения ьР, Зто в свою очередь улучшает удельные энергетические показатели рассматриваемого генератора (т.е. такие его энергетические показатели, как КПД, скорость передачи энергии источника в рабочий промежуток, коэффициент мощности ИТП и пр. отнесенные к массе, объему, стоимости генератора) в целом.

Таким образом, если генератор импульсов для аэрозионной обработки материалов выполнен по предлагаемой схеме, удельные энергетические показатели генератора улучшаются за счет увеличения его выходного напряжения.