Генератор импульсов для электроэрозионной обработки материалов Советский патент 1984 года по МПК B23P1/02 

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

Избестен генератор импульсов для элёктроэрозионной обработки материалов, который И1}1еет 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 вентильных ячеек, зашунтированных конденсаторами, вентили в которых включены последовательно-согласно, аноднь84И выводами подключенные к первой и второй входньм клеммам, причем третья входная клемма соединена с отрицательным выходным выводом, а четвертая входная клемма, объединенная с нейтралью звезды, через третий конденсатор подключена к средним вьюодам обеих вентильных ячеек, и блок контроля фазового напряжения источника и управления йентилями ij

Недостатком этого генератора являются относительно низкие удельные энергетические показатели, так как его напряжение на выходных выводах для соединения с рабочими электродами 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, имекщий 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 пары вентильных ячеек, зашунтированных конденсаторами, вентили в которых включены последовательносогласно, анодньми вьшодами подключенные к первой и второй входным клеммам, причем третья входная клеммй соединена с отрицательным выХОД11ЫМ вьгаодом, 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 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 положительным выходным выводом, катодом к последнему, а управляемые переходы этих тиристоров - к дополнительным выходам блока контроля напряжения источника и управления вентилями.

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

Генератор содержит четыре входные клеммы 1-4, положительный 5 и отрицательный 6 выходные выводы для соединения с рабочими электродами, три конденсатора 7-9 и две пары вентильных ячеек, зашунтированных конденсаторами 7 и 8, вентили 10 и 11, 12 и 13 ячеек включены последовательно - согласно, блок 14 контроля фазового напряжения и два тиристора 15 и 16.

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

В зависимости от соотношения емкости KOHAeHca.TopOB 7-9 генератор может обеспечить эффективную обработку материалов с различной частотой импульсов в межэлектродном промежутке. Максимальная частота генерирования импульсов в промежутке равна частоте генерирования переменного тока источником.В этом случае осуществляется так называемый быстрый заряд конденсатора 8 и для его эффективного заряда емкости конденсаторов 7 и 9 должны быть больше емкости конденсатора ( (т.е. С9 С7 СВ).

При разряде конденсатора 8 на частоте меньшей, чем частота генерирования переменного тока зарядным источником, производится так назьтаемый медленный заряд конденсатора 8 - за несколько периодов изменения тока источника. В последнем случае соотношение емкостей конденсаторов изменяется (С8 С7 -С9). В последнем случае конденсаторы 9 и 7 осуществляют функцию емкостных дозаторов энергии и вольтодобавочных источников, включаемых периодически в цепь заряда накопительного конденсатора 8. Таким образом, работа генератора заключается в подготовке к формированию и в формировании импульсов.

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

конденсатора 8.

1 .

. 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 клеммы относительно нейтрали имеют следующие значения потенциалов: первая и третья - отрицательны и одинаковы по величине, вторая - положительна. В этом случае фазовое напряжение источника, приложенное к . клеммам 4 и 2 г максимальное, и под его дейст вием зарядится конденсатор 9 по цепи 2-13-9-4-2. По окончании заряда койденсатора 9 диод 13 запирается, так как к его катоду приложено положительное (относительно анода) напряжение цепи: конденсатор 9 - вторая обмотка источника (клем1 л 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 предва рительный заряд конденсатора 8.Этот заряд завершается через 180 эл.град от начала отсчетаи 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 нулеви4 начальным напряжением. .

Так как при выбранном начале от0счета времени потенциал фазы III возрастает, то через 30 эл. град, от начала отсчета линейное напряжение, приложенное к входным клеммам 2 и 1, имеет максиальное значе5ние 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, сумт мерное напряжение конденсатора 9 и

0 напряжения, прилс кенного к клеммам 4 и 1, достигает величины, равной удвоенному фазнснлу напряжению. Поэтому конденсатор 7 дозарядится до двойного фазного напряжения. Через

5 120 эл. град.от начала отсчета потенциалы фаз II и I становятся одинаковыми и в последующие моменты потенциал фазы I возрастает по величине, и в этот момент блок конт0 роля фазового напряжения от фывает тиристор 15 и .начинается дозаряд накопительного конденсатора 8 суммарным напряжением конденсатора 7 и линейного напряжения фаз I и II источ ника (с величиной напряжения, равной 3,73 фазного напряжения источника). Через 210 эл. градлот начала отсчета заряд конденсатора 8 прекращается и тиристор 15 гаснет запирается естественным путем. Кон0денсатор 8 при этом отключается от конденсатора 7. Через 330 эл. град, от начала отсчета подготовка к формированию импульса завершается и блок контроля фазового напряжения

5 открьгеает тиристор 16, к входным вьшодам 5 и 6 прикладывается напряжение, величина которого в 5,46 раз превьш1ает фазное напряжение источQ ника (складывающееся из суммы напряжений конденсатора 8 и линейного

напряжения фаз II и III). Этим напряжением осуществляется пробой рабочего промежутка на электродах. Между

S

электродом, который подключен к выходному выводу 5, и обрабатываемой деталью, к которой подключен электрод, соединенный с выходным выводом 51 6, образуется ионизированный канал, в который передается энергия из кон денсатора 8, разряжаемого через источник (клеммы 2-4-3). Величина тока, протекакицего. в канале, определя ется суммарным напряжением конденса тора 8 и линейного напряжения источ ника. Благодаря большой плотности энергии в зоне разряда создается высокая температура, при которой материал на поверхности обрабатывае мой детали плавится и частично испа ряется. Конденсатор 8 (предварительно заряженный по указанным цепям), формируя импульс тока в канале, раз ряжается до нуля, а затем, если сопротивление межэлектродного промежу ка 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 деион зации промежутка, так как рабочий импульс завершился. В это время в схеме генератора происходят процессы подготовки к формированию очередного импульса обработки материала и осуществляются заряд (подзаряд) ко.чденсаторов 9 и 7 по указанным цепям. По завершении подготовки формируется очередной импульс тока для обработки материала, находящего ся в электроэрозионном рабочем промежутке. Эти импульсы следуют с частотой изменения тока (напряжения) источника. с Процессы, происходящие в генераторе при медленном заряде накопительного конденсатора 8, зависят от моментов открытия тиристоров 12, 15 и 16, обеспечивающих заряд и раз ряд конденсатора 8. Накопительный конденсатор 8 разряжается на рабочий промежуток в соответствии с алгоритмом формирования рабочего импульса напряжения, величина которого в 5,46 раз превышает фазное на пряжение источника. Дня обеспечения такого алгоритма формирования рабочего импульса определяются моменты открытия тиристоров 12 и 15, которые выбираются с целью обеспечения минимальных потерь при заряде кон-г денсаторов 7 и 8 и обеспечения за2ряда этих конденсаторов до максимального значения напряжений на их обкладках; конденсатора 7 - до удвоенного фазного напряжения, а конденсатора 8 - до 3,73 Uf, где Ц рмаксимальное фазное напряжение источника. 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 вольтодобавочнмх источников. разряжаемых при этом через источник. В процессе подготовки к формированию импульса, выполняемого методом медленного заряда накопительного конденсатора 8, тиристор 16 находится в закрытом состоянии, а поочеред-v 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 8 . производиться 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 рабочего импульса, аналогично указанному. I .. Интегральное значение тока в импульсе (пропорциональное амплитуде и длительности тока) определяет удельные энергетические показатели генератора. Так как выходное напряжение генератора превышает амплитуду напряжения ТИПТ в 5,46 раза, скорость передачи энергии, пропорциональная квадрату выходного напряжения, увеличивается по сравнению с базовьм 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 передается на выходные выводы через вояьто добавочные конденсаторы и накопительный конденсатор, которые Ьграничивают величину тока в эрозионном пр межутке (ионизированном канале) во всех режимах генератора - вплоть до режима короткого замыкания, генератор не требует специальной защиты используемой обычно для предотвращениявыхода генератора из строя в случаях короткого замыкания его выхода (например, при случайном сведении рабочих электродов). Процессы заряда конденсаторов 7-9 происходят практически независимо от процесса разряда конденсатора 8 во время формирования рабочего импульса. Это позволяет эксплу тировать ТИПТ в режиме постоянной 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 ( Ср RC). Поэтому мощность, вьщеляющался на выходных вьшодах за время разряда конденсатора 8 (форми.рования рабочих импульсов) возрастает из-за уменьЭто в свою очередь улучшенияшает 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.

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.