Способ формирования импульсов тока в нелинейной нагрузке

 

Оп O Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических республик 737183

Ф ф

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 030817 (21) 2514780/25-08 ®) М Кл

2 с присоединением заявки М (23) Приоритет

В 23 Р 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.05.80. Бюллетень i%0 20 (53) УДК 621. 9, 048. .4.06 (088. 8) Дата опубликования описания 300580 (72) Автор изобретения

A.Ã.ÍHêoëàåâ

Военный инженерный Краснознаменный институт им. А.Ф. Можайского (71) Заявитель (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ТОКА

В НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКЕ

Изобретение относится к области злектрофизической обработки .материалов, в частности касается генераторов униполярных импульсов для электроэрбзионной обработки, а также может быть использовано в электро- и радиотехнике для питания различных импульсных нагрузок (ИН) от накопительных конденсаторов (НК) и источников переменного тока (ИПТ), осуществляющих заряд емкостных накопите лей энергии (ЕНЭ) через выпрямитель.

Известен способ импульсного питания нагрузок с ЕНЭ, заряженным от

ИПТ в одном, например, нечетном полу- 5 периоде изменения напряжения источника и коммутации управляемыми ключами в том же или в другом полупериоде импульсной нагрузки, НК и источ ника в момент достижения напряжением источника заданного (обычно максимального) значения (1).

При таком способе ток разряда кон» денсатора суммируется с током ИПТ, 25 что увеличивает мощность в импульсе, однако низкая скважность (обычно не более четырех) ограничивает возможность увеличения скорости передачи энергии источника в нагрузку. у»

Недостатками известного способа передачи энергии источника в ЗП являются невысокая скорость этой передачи, оцениваемая мощность в импульсах тока, а также низкие удельные энер гетические показатели устройств, формирующих импульсы тока s ЭП. Скорость передачи энергии источника в нагрузку и энергетические показатели устройств увеличиваются при разряде накопительного конденсатора в .случае его разобщения от источника, однако частота формирования разрядных импульсов тока при этом существенно уменьшается, что уменьшает скорость и производительность электроэрозионной обработки.

Цель изобретения - увеличение скорости передачи энергии источника в нагрузку, регулирование, в частности стабилизация значения мощности в разрядных импульсах при изменении частоты и напряжения источника электрической энергии и улучшение удельных энергетических показателей устройств для его реализации.

Укаэанная цель достигает что прн формировании разряд пульсов заданного значения передаваемой в нагрузку, о

737183. значение напряжения источника, требуемое в момент разряда накопителя, по величине запасенной в нем энергии (пропорциональной емкости конденсатора и квадрату напряжения на его обкладках), а после достижения мгно.

-- «веннйм напряжением источника своего максимального амплитудного значения бравнивают расчетное требуемое с

-измеренным мгновенным значением, и в момент достижения равенства срав-: ниваемых напряжений производят суммйрование напряжений источника и

:заряженного накопителя, подают на нагрузку полученное суммарное на.пряжение, заряжают конденсатор напряжением обратной (по отношению к первоначапьной, предшествующей мо-менту начала его разряда) полярнос «тй"и в момент окончания его заряда отключают импульсную нагрузку.Способ может быть осуществлен " генератором униполярных импульсов, выполненным по схеме, содержащей

" "ВХбдные клеммы для подключейия ИПТ, выходные клеммы для подключения ЭП, двухполупериодный мостовой выпря" - Митель, одна из клемм входной диагонаЛи которого образует первую входную клемму устройства, ключевой: элемент, НК и блок контроля напря ". ""з%йий источника и конденсатора и управления вентилями (БКНИКУВ) вы""" прйми теля.

" В устрбйстве, позволяющем осуществить предлагаемый способ,. накопительный конденсатор одной своей обкладкой соединен со второй клеммой входной диагонали выпрямителя,,а вторая обкладка: НК образует вторуМ входную клемму устройства; при этбм в" качестве. ключевого элемента

"использован полупроводниковый ключ с двухсторонней проводимостью (например, симистор или два включенные встречйо-параллельно тиристора), который подключен к клеммам входной диагонали упомянутого выпрями» теля.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма изменения напряжений в устройстве„ на фиг. 3 — электри- ческая схема устройства формирования импульсов тока на частоте источника с йспользованием одного НК; на фиг.4 .схема формирования им«пульсов на частоте йсточника с исПользованием двух

НК;i на фиг. 5 - схема формирования имтфльсов на частоте, вдвое превышающей частоту источника.

Устройство содержит входные клем""Мы для подключЕния источника 1 переменного тока (имеющего обычно ма лое внутреннее сопротивление), выходные клеммы 2 для подключения

" электроэрозионного промежутка, на-копительный .конденсатор 3 и блок 4 "чправ«ляемых зарядно- разрядных ключей; осуществляющих заряд емкостного йакопителя энергии от источника в одном, например, первом и последующих нечетных полупериодах изменения напряжения источника 1. Во врЕмя заряда НК мгновенные значення напряжения источника измеряются блоком 5, а напряжение конденсатора— блоком 6. Последний запоминает напряжение накопителя и по заданной величине энергии, передаваемой в нагрузку во время разрядного импульса и значению энергии, запасенной конденсатором, определяет значение напряжения источника, требуемое в момент начала формирования этого импульса. В системах с неизменной энергией в импульсе и стабилизированным напряжением источника этот разряд целесообразно осуществлять при мак симальном напряжении источника, т.е.

20 импульсы можно формировать в каждом полупериоде изменения напряжения истбчника, Если энергия в импульсе должна иметь значение меньше макси-" мальнб возйбжного, то после достижения напряжением источника своего амйлитудного значения его мгновенное значение сравнивают с требуемым расчетным значением и в момент достиже ния равенства сраввниваелых напряже- . ний с помощью блока 4 суммируют мгноЗО., венное напряжение источника с напряжением накопителя и подают эту сумму напряжений на эрозионный промежуток.

Энергия, предварительно запасеннйя конденсатором, передается при этом в ЭП, а конденсатор разряжается. Источник в это время отдает в нагрузку энергию,. равную энергии, запасенной в поле конденсатора s

40 момент, предшествующий моменту его разряда. По окончании разряда HK напряжение на обкЛадках становится равным-нулю и так как сопротивление разряженного конденсатора равно нулю, энергия источника передается в ЭП через конденсатор, а конденсатор заряжается противоположной полярностью через сойротивление эрозионного промежутка (перезаряжается) практически при неизменном мгновенном значении напряжения источника-, При таком заряде накопителя 50% энергии рассеивается в ЭП, По.мере. заряда конденсато ра его" напряжение повышается, а так как это напряжение имеет полярность, 55 противоположную полярности напряженйя истбчника; то в момент окончания перезаряда конденсатора напряженйе на ЭП становится равным нулю. Нагрузку в это время отключают от источника щ и накопителя, напряжения которых контролируют соответственно блоки 5 и ь.

В связй с тем, что энергия, отдаваемая конденсатором во время его перезаряда,,вдвое превышает энергию у5- отдаваемую им прн разрядке, а энер.

737183 гия, выделяющаяся в ЭП, равна сумме ке формируется разрядный. импульс энергий источника и НК, емкость на- тока, конденсатор перезаряжается, копителя TIpH рассмотренном способе цо окончании перезаряда тиристор 9 формирования разрядных имйульсов то- гаснет. После этого импульса кондеяка в нагрузке в 4 раза меньше емкос- сатор 3 через диод 7 снова пере ти одиночно разряжаемого конденса- 5 заряжается, в результате чего он тора — накопителя, не:использующего . оказывается заряженным до амплитудэнергию ИПТ при формировании импуль- : ного значения напряжения источника. са тока, Далее процессы повторяются циклиЭнергия, запасенная в поле KoH», чески, денсатора в момент его перезаряда, может быть возвращена в источник или . еормирование разрядного импульса использована для формирования очеред-:путем суммирования напряжений и энерного импульса тока в нагрузке ° 1ак, гий ИЙТ и НК позволяет в 4 раза умень- если в момент времени ty ис "очник шить емкость (и соответственно вес) имел напряжение е, а конденсатор ": конденсатора. Если учесть, что при был перезаряжен до напряжения U =-e< этом также отпадает надобность в прин ключи блока 4 отключили его от, менении дросселей, то выигрыш в весе источника и ЭП, в следующем полупе- оказывается еще более значительным. риоде изменения напряжения источника эти напряжения имеют один и тот же В вариан е схемы формирования знак (фиг. 2), что позволяет легко 20 импульсов на частоте источника, приосуществить их суммирование íà íà- веденном на фиг, 4, напряжение исгрузке в момейт t. без каких-либо . Точника суммируется с напряжением

2. преобразований, ... двух конденсаторов, один из которых

: уменьшение емкости нк в 4 раза заряжается через диод 7, а второй.соответственно сокращает время форми- 25 через диод 10. Работа этого формироварования разрядного импульса тока, . теля импульсбв аналбгйчна работе

При малом сопротивлении источника . Устройства по фиг. 3. длительность импульса передачи энергии источника в нагрузку определя- Более совершеиным является устется сопротивлением этой нагрузки, 30 Ройство по схеме фиг. 5. В этом так как максимальная скорость пере- устройстве разрядные импульсы тока дачи энергии из конденсатора опре-. формируются на каждом полупериоде деляется скоростью распространения ., изменения напряжения источника 1, электромагнитного поля между его. подключенного через конденсатор 3 обкладками. поэтому длительность -, .35 ко входной диагонали мостового выэтого импульса имеет минимально . . прямителя, образованного диодами возможное время. 7 и 10 и тиристорами 9 и 11. Для

На фиг. 3 изображена схема прос-..: первоначального заряда, а если нетейшего генератора импульсов, фор- обходимо, то и для подзаряда конден-: мирующего импульсы тока в ЭП на сатора, используется двухсторонний частоте напряжения источника. B этой полупроводниковый ключ 12 (типа

40 схеме источник 1 подключен к выход-, симистора), соединенный с клеммами ным клеммам 2 через конденсатор 3, входной диагонали моста. При открызаряд которого осуществляется через тии этого. ключа сигналом от блока 8 диод 7 Напряжение источника и на- . конденсатор заряжается до амплитуд. 45, копителя контролирует БКНИКУВ 8.. « ного значения напряжения источника

Этот же блок управляет тиристором . и ключ гаснет (запирается) . Конденса9, включенным в цепь питания ЭП., тор при этом запасает максимально

В полупериоде изМенения напряжения,возможное значение энергии. В следуюисточнйка, когда к аноду диода 7:. .",; щей "четверти перйода изменения наприложено п фпожительное .относитель 50 пряжения источника блок 8 подает в но его катода напряжение, осуществ- : требуемый момент времени сигнал на ляется. заряд HK 3, Этот заряд закаи- . открытие тиристора 9 или 11 и энерчивается в момент достижения напря- . гия НК и источника передается в ЭП 2, жением источника амплитудного значе кбнденсатор 3 при этом перезаряжается, ния и диод 7 предохраняет кондейса- - 55 а тиристор запирается. B следующем тор от разряда на источник. . полупериоде конденсатор может быть

В следующем полупериоде поляр- . снова подзаряжен через симистор 12 ность напряжения источника изменя- в течение первой половины полупериоется и, когда мгновенное значение .да, а во второй его половине — разнапряжения источника, после до ти- щ Ряжен и перезаряжен через тиристор жения им максимального значения,, " на ЭП 2, убывая, достигает расчетного значения, блок 8 с помощью тиристора 9 Блок 8 может быть выполнен по люподключает ЭП к цепи: источник 1 " ., бой известной схеме, осуществляющей конденсатор 3, в эрозионйом промежут- у Фазовое управление зарядно-разряд c.

Ф

737183

Формула изобретения айаг, И

ЦНИИПИ Заказ 3637 Тираж 1160 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4 ными ключами в соответствии с текущим значением напряжения источника и конденсатора.

Использование предложенных схем устройства для реализации способа формирования импульсов, B том числе, по схеме фиг. 5, позволяет формировать разрядные импульсы тока в эроЗионном промежутке при любой частоте изменения его напряжения. Энергия источника передается в нагрузку с малыми потерями при незначительных габаритах и весе устройства. Это обеспечивает высокие удельные энергетические показатели устройств формирования импульсов тока для ЭЭО. Высбкая скорость передачи энергии ис- точника в нагрузку и простота регулирования, в частности стабилизациизначения мощности в импульсах при изменении частоты и напряжения ис- 20 точника электрической энергии, преимущественно электромеханического преобразователя, позволяет обеспечивать высокую производительность при черновой, чистовой и отделочной обработ- 25 ках материалов. Этот принцип может быть реализован также в электроэрозиойных станках с многопостовой обработкой — при использовании гг-фазных генераторов, каждая фазовая обмотка Я() которых подключается к одному из постов через соответствующий формирователь импульсов разрядного тока.

Описанный способ питания импульс- З5 ной нагрузки может быть использован

" также в электро- и радиотехнике для питания импульсных нагрузок от источ=" -ник а и накопительного конденсатора.

Способ формирования импульсов тока в нелинейной нагрузке от источника переменного тока с использованием емкостного накопителя энергии и управляемых зарядно-разрядных ключей, при котором предварительно заряжают емкостной накопитель в одном полупериоде изменения его напряжения, измеряют мгновенное значение напряжения источника и емкостного накопителя, в момент достижения заданного напряжения источника подключают источник и емкостной накопитель к нагрузке, суммируя их энергию, и отключают емкостной накопитель и источник от нагрузки, о т л и ч а ющ и и .с я тем, что, с целью увеличения скорости передачи энергии в нагрузку, определяют с учетом запомненного значения напряжения емкостного накопителя необходимое расчетное напряжение источника, обеспечивающее заданный уровень энергии в нагрузке, после достижения напряжением источника его амплитудной величины сравнивают его мгновенное напряжение с расчетным и в момент их равенства формируют импульс тока на нагрузке суммированием напряжений источника и емкостного накопителя, после чего заряжают емкостный накопитель напряжением обратной полярности и отключают нагрузку в момент ,окончания заряда емкостного накопителя.

Источники информацииг принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 1196823, кл. В 23 Р, опублик. 1969.