Генератор импульсов технологического тока для электроэрозионных станков Советский патент 1993 года по МПК B23H7/04 

Изобретение относится к области электроэрозионной обработки металлов и может быть использовано в качестве источника импульсного технологического тока для питания электроэрозионных станков.

Цель изобретения - повышение производительности и качества обработки заготовки.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемого генератора.

Генератор содержит мостовой инвертор 1, выполненный в виде связанных между собой тиристоров 2, 3, 4. 5 и конденсатора 6, причем анодная группа тиристоров (тири- сторы 2 и 4) через дроссель 7 подключена к

положительному полюсу +у источника питания (не показанного на схеме). Управляющие электроды тиристоров 2, 3, 4,5 подклю- чены к соответствующим выходам задающего генератора 8 и,кроме того, управляющие электроды тиристоров 3 и 5 подключены ко входам схемы ИЛИ9. Катоды третьего тиристора 3 и четвертого тиристо- ра 5 подключены к анодам соединенных между собой первого диода 10 и второго диода 11. Катод первого диода 10 через первичную обмотку насыщающегося дросселя 12 связан со средней точкой О источника питания, катод второго диода 11 соединен с катодом третьего диода 13. Анод диода 13 подключен к первому выходу управляющего ключа 14 и одному из отводов вторичной обмотки насыщающегося дросселя 12. Второй отвод этой обмотки соединен с катодом эрозионного промежутка 15. одним из отвоfe

00

сЈ ел

00

о

дода баластного резистора 16 и первым входным зажимом второго фильтра 17 нижних частот. Катоды диодов 11 и 13 соединены с одним из отводов дополнительного резистора 18 и первым входным зажимом третьего фильтра 19 нижних частот. Второй отвод резистора 18 соединен с анодом ЭП15, одним из отводов баластного резистора 16 и вторыми входными зажимами фильтров 17 и 19, Выходы фильтров 17 и 19 подключены соответственно к первому и второму входам делительного устройства

20. Первичная обмотка насыщающегося дросселя 12 выполнена с промежуточными отводами, число которых равно числу переключающих ключей (в приводимом примере реализации генератора таких ключей три:

21. 22 и 23), причем вторые выходы этих ключей соединены с катодами тиристоров 3, 5 и анодами диодов 10,11, а первые выходы указанных ключей соединены с упомянутыми промежуточными отводами. Входы же ключей 21, 22, 23 соединены с соответствующими выходами блока 24 поиска экстремума, вход которого соединен с выходом первого фильтра 25 нижних частот, являющимся точкой соединения одного из отводов первичной обмотки двухобмоточного дросселя 26 с ферромагнитным сердечником и одного из отводов шунтирующего резистора 27. Второй отвод этого резистора соединен со вторым отводом вторичной обмотки дросселя 26 и общим проводом электросхемы, а первый отвод вторичной обмотки дросселя 26 соединен с выходом делительного устройства 20 и входом задающего генератора 8. Первый отвод первичной обмотки дросселя 26 объединен со входом фильтра 25 и подключен к второму выходу управляющего ключа 14. Вход ключа 14 соединен с выходом формирователя 28 прямоугольных импульсов, а вход формирователя 28 соединен с выходом схемы ИЛЙ9.

Техническая реализация устройства.

Тиристоры 2,3,4,5 могут быть типов ТЧ, ТЧИ или др., а конденсатор 6 - типа КСГ, КСО.

Схема ИЛИ9 представляет собой двух- видовую резистивно-диодную ячейку. Резистор 27 может быть типа МЛТ, УЛИ, УЛМ и др. Резистор 18 представляет собой низко- омный резистор сопротивлением и несколько Ом, выполненный в виде пластины из манганина, нихрома, константана. Резистор 16 представляет собой высокоомный резистор типа ПЭВ, ПЭ В Рил и др. Дроссели 12 и 26 выполнены на тороидальных или П-образных ферритовых сердечниках. Дроссель 7 выполнен на П- или Ш-образном сердечнике из трансформаторной стали и

имеет воздушный зазор. Фильтры 17 и 19 нижних частот могут быть реализованы на базе транзисторов или интегральных микросхем, например, серии К140 по типовой

схеме. При этом входная часть фильтров содержит, кроме собственно фильтра, делитель напряжения и резистивно-дибдный ограничитель напряжения (реализованные по любой известной схеме) для предохранения от пробоя высоким напряжением операционного усилителя (или транзисторы). Делительное устройство 20 может быть реализовано на базе операционных усилителей с выходным усилителем мощности.

Формирователь 28 может быть выполнен в виде ждущего блокинг-генератора. Между выходом формирователя 28 и входом ключа 14 целесообразно иметь трансформаторную или оптронную развязку.

Управляющий ключ может быть реализован, например, на транзисторе КТ604 (А, Б), при этом входом узла 14 служит база транзистора, вторым выходом - эмиттер транзистора (между базой и эмиттером

включен резистор сопротивлением в несколько килоом), а первым выходом - коллектор транзистора.

Переключающие ключи 21-23 могут быть выполнены на транзисторах КТ805А,

КТ848 или др. достаточно мощных высоковольтных транзисторах. При этом входами ключей являются базы транзисторов, а выходами - электроды эмиттер и коллектор. Блок 24 поиска экстремума состоит из

связанных между собой дифференциатора, однополупериодного выпрямителя, формирователя прямоугольных импульсов, счет- ного триггера, генератора поисковых импульсов, двух элементов И, реверсивного

счетчика и дешифратора по такой же схеме, что и в прототипе. Этот блок может быть реализован на микросхемах серий 155,176, 511 или др. Входом блока 24 является вход дифференциатора, а выходами - выходы дешифратора. Для согласования по мощности между выходами блока 24 и входами ключей 21...23 включены усилители мощности, не показанные на блок-схеме генератора. С целью гальванической развязки блока 24 и

указанных ключей эти усилители могут содержать оптронные пары или трансформаторы.

Задающий генератор 8 может быть выполнен, например, в виде магнитотранзисторного мультивибратора (см. рис.10, 31; 10,32 в упомянутой ранее работе В.В.Гусева и др.) или мультивибратора с коллекторно- базовой связью и эмиттерной емкостью (см. рис.35 в работе В.Н.Яковлева Импульсные

генераторы на транзисторах, Киев, Техника, 1968 г. - 443 с.), при этом, в первом случае магнитотранзисторный мультивибратор должен иметь четыре выходных обмотки (по числу тиристоров инвертора), имеющих соответствующую фазировку, а во втором случае к коллекторам каждого транзистора мультивибратора должно быть подключено дополнительно по два импульсных усилителя с трансформаторным выходом. Подключение этих выходных цепей к тири- сторам инвертора 1 должно быть таким, чтобы импульсы одновременно появлялись на управляющих электродах сначала одной пары тиристоров (2,5), а затем одновременно появлялись на другой паре тиристоров (3,4). Последовательно с входной цепью узла 8 может быть включен источник стабильного напряжения, согласного выходному сигналу блока 20.

Генератор работает следующим образом.

При подаче импульсов управления на управляющие электроды двух тиристоров, включенных в противоположные плечи инвертора 1, например, тиристоров 2 и 5, последние отпираются и по цепи: дроссель 7 - тиристор 2 - конденсатор 6 - тиристор 5 - диод 1G первичная обмп- дросселя 12 - средня точка О источикка питания - протекает ток, впаивающий появление на вторичной обмотке дросселя 12 импульса напряжения. Обмотки насыщающегося дросселя 12 сфазированы таким образом, что положительный потенциал этого напряжения приложен к аноду диода 13 и первому выходному зажиму управляющего ключа 14, а отрицательный-к катодуэлектроэрозионного промежутка 15, одному из отводов балластного резистора 16, первому входному зажиму второго фильтра 17 нижних частот и

отрицательному полюсу-1 у источника питания. Поскольку число витков вторичной обмотки дросселя 12 больше числа витков его первичной обмотки, то даже при закрытых переключающих ключах 21, 22, 23 напряжение на вторичной обмотке повышенное и через диод 13 и дополнительный резистор 18 пробивает электроэрозионный промежуток 15, который в исходном состоянии ток не прозодил. Напряжение эрозионного промежутка 15 попадает на входные зажимы фильтра 17, а падение напряжения на сопротивление 18, соответствующее току ЭП15, попадает на входные зажимы третьего фильтра 19 нижних частот. Ток протекает через ЭП15 благодаря его пробою и теперь ток заряда конденсатора 6 протекает через диод 11, резистор 18 и параллельно включенные резистор 16 и эрозионный промежуток 15,

По мере заряда конденсатора 6 напряжение на нем растет, ток падает и при сов- 5 падении этого напряжения с напряжением между положительным полюсом и средней точкой источника питания ток заряда падает до нуля и тиристоры 2, 5 закрываются. По окончании заряда конденсатора б импульс

0 тока электроэрозионного промежутка 15 оканчивается.

При подаче импульсов управления на управляющие электроды тиристоров 3,4 последние открываются и происходит переза5 ряд конденсатора 6. В этом случае при закрытых ключах 21,22,23 ток протекает по цепи: дроссель 7-тиристор 4 - конденсатор 6 - тиристор 3-диод 10-первичная обмотка дросселя 12 - средняя точка источника

0 питания. Возникающий при этом импульс повышенного напряжения на вторичной обмотке дросселя 12 через диод 13 и сопротивление 18 пробивает ЭП15, вследствие чего последний становится электропроводящим.

5 Благодаря этому дальнейший перезаряд конденсатора 6 происходит по цепи: дроссель 7 - тиристор 4 - конденсатор 6 - тиристор 3 - диод 11 - резистор 18 - параллельно включенные резистор 16 и

0 ЭП15. При окончании перезаряда конденсатора 6 тиристоры 4 и 3 закрываются и импульс тока эрозионного промежутка 15 прекращается. Падение напряжения на дополнительном резисторе 18, пропорцио5 нальное суммарному току ЭП15 и резистора

16. прикладывается ко входным зажимам фильтра 19, а напряжение на эрозионном промежутке 15 поступает на вход фильтра

17.

0 Таким образом, при поочередной подаче импульсов на управляющие электроды тиристоров 2-5,3-4, на электроэрозионном промежутке 15 возникают импульсы напря - жения и через ЭП15 протекают импульсы

5 тока, В результате этого на входах фильтров 17 и 19 действуют последовательности импульсов напряжения, постоянные составляющие которых выделяются этими фильтрами. Следовательно, на первый вход

0 делительного устройства 20 поступает сигнал, пропорциональный среднему значению напряжения на эрозионном промежутке, а на второй вход - сигнал пропорциональный току эрозионного проме5 жутка. При этом на выходе делительного устройства 20 возникает напряжение, пропорциональное усредненному значению со- противления ЭП15. Это напряжение управляет частотой следования импульсов, вырабатываемых задающим генератором В:

чем больше это напряжение, тем выше частота импульсов генератора 8, чём меньше указанное напряжение, тем ниже частота импульсов генератора 8. Это означает, что с ростом сопротивления электроэрозионного промежутка частота следования импульсов технологического тока, протекающих через ЭП15, растет (такой рост сопротивления может быть вызван, в частности, загрязнением ЭП продуктами эрозии).

Импульсы с двух выходов задающего генератора 8 через схему ИЛИ9 поступают на вход формирователя 28 прямоугольных импульсов, который вырабатывает прямоугольные импульсы калиброванных длительности и амплитуды. Эти импульсы поступают на вход управляющего ключа 14, который под действием этих импульсов открывается и обеспечивает близкое к нулю сопротивление между первым и вторым его выходными зажимами. При открытом состоянии ключа 14 напряжение с его первого выходного зажима (равное напряжению на эрозионном промежутке 15) без изменения проходит на его второй выходной зажим, а с него - на вход первого фильтра 25 нижних частот. Постоянная времени фильтра 25 определяется индуктивностью первичной об-. мотки дросселя 26 и сопротивлением резистора 27. Указанная же индуктивность зависит от тока, протекающего во вторичной обмотке дросселя 26, и создаваемой им напряженности магнитного поля. Поскольку магнитная проницаемость ферромагнетиков при увеличении напряженности магнитного поля обычно падает, то с ростом тока во вторичной обмотке дросселя 26 индуктивность его первичной обмотки и, как следствие постоянная времени фильтра 25 падают, В результате этого с ростом частоты импульсов тока постоянная времени первого фильтра 25 уменьшается.

Блок 24 поиска экстремума работает точно так же, как и в устройстве-прототипе (авторском свидетельстве СССР М 1505696), то есть посылает импульс управления поочередно на каждый ключ 21, 22, 23, под действием которого ключ открывается и соединяет тот или иной промежуточный отвод первичной обмотки дросселя 12 с катодами тиристоров 3, 5. После нескольких процедур включения ключей 21, 22, 23 (а также других, не показанных на рисунке) блок 24 вырабатывает импульсы управления только для тех ключей, при замкнутом состоянии которых амплитуда импульсов напряжения на эрозионном промежутке 15 близка к максимально возможной, а изменение этой амплитуды при переключении ключей минимально. Другими словами.

блок 24 точно так же, как и в прототипе, обеспечивает поиск экстремума (максимума) амплитуды импульсов напряжения на ЭП15, т.е. наиболее приемлемого коэффициента трансформации дросселя 12.

Блок 24 поиска экстремума снимает сигнал управления с одного переключаюа(его ключа и вырабатывает сигнал управления другого переключающего ключа с заданной

.периодичностью, определяемой рабочей частотой генератора поисковых сигналов и разрядностью счетчика, входящих в состав этого блока. Когда при включении очередного переключающего ключа изменение коэффициента трансформации дросселя 12 приводит к росту напряжения на ЭП15, блок 24 открывает следующим тот из ключей 21, 22, 23, включение которого не приводит к изменению знака приращения коэффициента трансформации дросселя 12. Если же переключение ключа (21, 22 и 23) приводит к уменьшению напряжения на ЭП15, выходной сигнал фильтра 25 падает и блок 24 вместе с указанными ключами обеспечивает

изменение знака приращения указанного коэффициента трансформации. Вышеупомянутая зависимость постоянной времени фильтра 25 от частоты импульсов тока ЭП15 приводит к повышению (по сравнению с

прототипом) абсолютных значений скоростей изменения выходного напряжения фильтра 25 при изменении коэффициента трансформации дросселя 12, благодаря чему блок 24 и ключи 21-23 обеспечивают

более точную установку близкого к оптимальному упомянутого коэффициента.

При изменении сопротивления эрозионного промежутка 15 при его загрязнении продуктами эрозии блок 24 поиска экстремума поддерживает на близком к максимально возможному значению амплитуду импульсов напряжения на этом промежутке (что обеспечивается в прототипе). Кроме того, при увеличении сопротивления ЭП15

вследствие его загрязнения в предлагаемом генераторе обеспечивается увеличение частоты импульсов напряжения и тока эрозионного промежутка (в отличие от прототипа, где эта частота неизменна), благодаря чему

возрастает среднее значение тока. ЭП15 и повышается по сравнению с прототипом производительность обработки. Повышение частоты импульсов технологического тока обеспечивает еще и повышение чистоты

обработки по сравнению с прототипом.

Таким образом, предлагаемый генератор по сравнению с известным обеспечивает повышение производительности и качества обработки заготовок (деталей).

Формула изобретения Генератор импульсов технологического тока для электроэрозионных станков, содержащий задающий генератор, мостовой инвертор с конденсаторной коммутацией, управляющие электроды тиристоров инвертора соединены с соответствующими выходами задающего генератора, аноды первого и второго тиристоров инвертора через дроссель связаны с положительным полюсом ис- точника питания, а катоды третьего и четвертого тиристоров инвертора подключены к анодам первого и второго диодов, катод первого диода через первичную обмотку насыщающегося дросселя связан со средней точкой источника питания, катод второго диода соединен с катодом третьего диода, анод которого через вторичную обмотку насыщающегося дросселя подключен к катоду эрозионного промежутка, отрица- тельному полюсу источника питания и первому отводу балластного резистора, второй отвод которого соединен с анодом эрозионного промежутка, элемент ИЛИ, формирователь прямоугольных импульсов, управляющий ключ, первый фильтр нижних частот, блок поиска экстремума, вход которого свгзан с выходом первого фильтра нижних частот, вход первого фильтра нижних частот подключен к второму выходу уп- равляющего ключа, управляющие электроды катодной группы тиристоров инвертора подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого через формирователь прямоугольных импульсов связан с входом управляющего ключа, первый выход управляющего ключа соединен с анодом третьего диода, причем первичная обмотка насыщающегося дросселя выполнена с промежуточными отводами, число которых равно

числу переключающих ключей, входы переключающий ключей соединены с выходами блока поиска экстремума, первые выходы переключающих ключей соединены с отводами первичной обмотки насыщающегося дросселя, вторые выходы переключающих ключей подключены к анодам первого и второго диодов, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества обработки заготовки, в него введены второй и третий фильтры нижних частот, делительное устройство и дополнительный резистор, а первый фильтр нижних частот выполнен в виде связанных между собой шунтирующего резистора и двухобмоточно- го дросселя с ферромагнитным сердечником, первый отвод первичной обмотки дросселя с ферромагнитным сердечником объединен с входом первого фильтра нижних частот, второй отвод первичной обмотки дросселя с ферромагнитным сердечником объединен с выходом первого фильтра нижних частот и через шунтирующий резистор связан с общим проводом схемы и вторым отводом вторичной обмотки этого дросселя, при этом задающий генератор выполнен управляемым и его вход подключен к первому отводу вторичной обмотки дросселя с ферромагнитным сердечником и выходу делительного устройства, первый и второй входы делительного устройства соединены с выходами соответственно второго и третьего фильтров нижних частот, дополнительный резистор включен между анодом эрозионного промежутка и катодом третьего диода, входные зажимы второго фильтра нижних частот подключены к зажимам балластного резистора, а входные зажимы третьего фильтра нижних частот подключены к отводам дополнительного резистора.

Использование: изобретение относится к области электроэрозионной обработки металлов и может быть использовано в качестве источника импульсов технологического тока для питания электроэрозионных станков. Сущность изобретения: для повышения производительности и качества обработки генератор дополнительно оснащен двумя фильтрами нижних частот, делительным устройством, дополнительным резистором. При этом задающий генератор выполнен управляемым, а первый фильтр выполнен в виде двухобмоточногр дросселя с ферромагнитным сердечником и шунтирующего резистора. При повышении сопротивления эрозионного промежутка увеличивается час-, тота импульсов технологического тока. 1 ил.