Низкочастотный генератор для питания электроэрозионных станков Советский патент 1980 года по МПК H03K3/53 

Иаобретеиие относится к импульсной технике, а именно к электроимпульсиой обработке металлов. Известны низкочастотные генераторы для питаиия электроэрозионных станков. Один из известных низкочастотных генераторов содержит управляемый выпрямитель, выполненный по трехфазной мостовой схеме на тиристорах, и систему управления этим выпрямителем 1. Однако отсутствие конкретной схемы системы управления выпрямителем не позволяет определить каким образом получен диапазон частот от 1 до 300 Гц. Наиболее близким техническим решением к даиному изобретению является низкочастотный генератор для питания электроэрозиониых станков, содержаший многофазную выпрямительиую схему на неуправляемых вентилях и тиристорах, зашунтированных резисторами, и блок управлеиия тиристорами, в который входят устройства деления частоты, фазосмешающее устройство, блокинг-генератор и блок ликвидации короткого замыкания 2. Недостаток такого генератора - отсутствие синхронизации формирования длительности и скважности выходных импульсов с сетью на частоте ниже 50 Гц. Цель изобретения - повышение точности синхронизации. Указанная цель достигается тем, что в низкочастотный генератор для питания электроэрозионных станков, содержащий трехфазный силовой трансформатор, входы которого подключены к сети трехфазного напряжения, а выходы соединены со входами управляемого выпрямителя, выполненного на тиристорах, управляющие входы которого подключены к выходам выходного устройства, а выходы подсоединены к шинам электроэрозионного промежутка и входам устройства защиты от короткого замыкания, выход которого соединен с первым входом блока управления, синхронизатор, входы которого соединены с сетью трехфазного напряжения, а выход подключен ко второму входу блока управления, фазосмещающее устройство, входы которого подключены к первым выходам блока управления, и модулятор, выход которого соединен с третьим входом блока управления, введены формирователь интервалов времени, выходы которого сосединены с четвертыми входами блока управления.

один вход соединен с выходом фазосмещающего устройства, а вторые входы подключены к дополнительным выходам синхронизатора, коммутатор адресных импульсов, выходы которого подсоединены ко входам выходного устройства, а управляющие входы подключены ко вторым выходам блока управления, и формирователь адресных импульсов, выходы которого соединены с сигнальными входами коммутатора адресных импульсов, а входы подключены к сигнальным выходам синхронизатора.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема низкочастотного генератора для питания электроэрозионных станков; на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу низкочастотного генератора в исходном состоянии; на фиг. 3 - диаграммы напряжений, поясняющие работу низкочастотного генератора на частоте 300 Гц; на фиг. 4 и 5 - диаграммы напряжений, поясняющие работу низкочастотного генератора на частоте 150 Гц; на фиг. 6 - диаграммы напряжений, поясняющие работу низкочастотного генератора на частоте 30 Гц.

Низкочастотный генератор для электроэрозионных станков состоит из трехфазного силового трансформатора 1, управляемого выпрямителя 2, выполненного по трехфазной мостовой схеме на тиристорах, щунтированных резисторами, вход которого подключен к силовому трансформатору 1, а выход I-K щинам электроэрозионного промежутка 3, щунтированного резистором, и систему управления, в которую входят синхронизатор 4, формирователь 5 адресных импульсов, коммутатор 6 адресных импульсов, выходное устройство 7, фазосмещающее устройство 8, формирователь 9 интервалов времени, блок 10 управления, устройство 11 защиты от короткого замыкания и модулятор 12

Блок 10 управления состоит из переключателя 13 режима работы, элемента 14 НЕ, элемента 15 И-НЕ, реле 16 управления, имеющего контакты 17-19, реле 20 защиты, имеющего контакты 21 и 22 и кнопок «Пуск и «Стоп.

Низкочастотньш генератор формирует ряд частот от 300 Гц и ниже, который определяется формулой.

п где f - предельная частота, .

fn 300 Гц;

in - натуральный ряд чисел 1,2,3,4,5..., тогда ряд частот, который формирует генератор будет равен 300, 150, 100, 75, 60, 60...

В зависимости от частоты импульсов на электроэрозионном промежутке низкочастотный генератор работает в трех режимах. В первом режиме низкочастотный генератор формирует импульсы частотой 300 Гц, во

втором режиме - частоты 150 Гц, и в третьем режиме - частотой 100 Гц и ниже.

Выбор режима работы осуществляется переключателем 13, который имеет три четырехконтактных поля. Первое контактное поле 131 коммутирует входы фазосмещающего устройства 8, второе контактное поле 13г коммутирует выходы фазосмещающего устройства 8, второе контактное поле 13г коммутирует выходы фазосмещающего устройства 8 и формирователя 9 интервалов времени, и третье контактное поле 13з коммутирует управляющие входы коммутатора 6 адресных импульсов.

Фазосмещающее устройство 8 работает в двух режимах. При работе низкочастотного генератора на частоте более 100 Гц фазосмещающее устройство 8 работает в режиме, когда временной интервал на его выходе соизмерим с периодом следования синхроимпульсов (фиг. 2г). В этом режиме фазосмещающее устройство 8 осуществляет плавное регулирование угла проводимости тиристоров управляемого выпрямителя 2 в пределах от О до д/3. При работе низкочастотного генератора на частоте 100 Гц и ниже фазосмещающее устройство 8 работает в режиме, когда временной интервал больще периода следования синхроимпульсов (фиг. 2г). В этом режиме фазосмещающее устройство 8 осуществляет одновременно как плавное регулирование угла проводимости тиристоров управляемого выпр ямителя 2 в пределах от О до л/3, так и дискретное регулирование угла проводимости этих тиристоров кратное л/3.

Формирователь 9 интервала времени выбирает базовый временной интервал, равный л/3.

Работа низкочастотного генератора в исходном состоянии поясняется диаграммами напряжений, приведенными на фиг. 2. Синхронизатор 4 формирует в моменты, соответствующие точкам пересечения кривых фазных напряжений (фиг. 2а), адресные импульсы короткой длительности (фиг. 26). Адресные импульсы поступают на вход формирователя 5, который формирует адресные импульсы (фиг. 2в) длительностью, равной углу проводимости каждого тиристора мостовой схемы управляемого выпрямителя 2, который равен 1/3 периода сети трехфазного напряжения, т.е. равен 2л/3. Адресные импульсы длительностью, равной 2л/3 поступают в коммутатор 6.

Синхронизатор 4 формирует короткие импульсы (фиг. 2г) частотой 300 Гц и импульсы (фиг. 2д,е) частотой 150 Гц и длительностью л/3.

До тех пор, пока реле 16 управления обесточено, его замыкающий контакт 19 разомкнут и синхроимпульсы частотой 300 Гц не поступают на вход фазосмещающего устройства 8. На выходе фазосмещающего устройства 8, а, следовательно, и на выходе формирователя 9 управляющий сигнал отсутствует. Отсутствие сигнала на управляющий входах коммутатора 6, не позволяет получить адресные импульсы на выходах коммутатора б, поэтому тиристоры управляемого выпрямителя 2 заперты и электроэрозионная обработка металлов не происходит. Работа низкочастотного генератора на частоте 300 Гц осуществляется установкой переключателя 13 режи-ма работы блока 10 управления в положение «300 Гц и последующим нажатием кнопки «Пуск. Реле 16 управления срабатывает и замыкающим контактом 17 шунтирует кнопку «Пуск, ставя тем самым реле 16 управления на самопитание, размыкающим контактом 18 снимается сигнал «Установка О с фазосмещающего устройства 8, а замыкающим контактом 19 замыкается цепь, по которой поступают синхроимпульсы (фиг. 2г) из синхронизатора 4 на соответствующий вход фазосмещающего устройства 8. На выходе фазосмещающего устройства 8 появляются импульсы (фиг. 36), которые через контактное поле 132 переключателя 13 режима работы и элемент 14 НЕ поступает на первый вход элемента 15 И-НЕ. На второй вход элемента 15 И-НЕ через кнопку «Стоп и контакт 17 реле 16 управления подан постоянный сигнал, который присутствует в течение всей работы низкочастотного тиристора. На третий вход элемента 15 И-НЕ поступает сигнал от устройства 11 защиты, когда отсутствует короткое замыкание электроэрозионного промежутка. На четвертый вход элемента 15 И-НЕ подаются высокочастотные запоминающие импульсы с выхода модулятора, 12. Импульсы (фиг. 36) с выхода элемента 15 И-НЕ поступают через контактное поле 13з переключателя 13 режима работы на соответствующий управляющий вход коммутатора 6 адресных импульсов. На частоте 300 Гц адресные импульсы имеют последовательность, которая приведена на фиг. За: Эти адресные импульсы стробируются сигналами (фиг. 36), в результате чего на выходе коммутатора 6 адресные импульсы примут форму, показанную на фиг. Зв. Адресные импульсы (фиг. За), усиленные выходным устройством 7, поступают на управляющие электроды тиристоров управляемого выпрямителя 2 в моменты, когда к тиристорам приложено прямое напряжение. В управляемом выпрямителе 2 одновременно работают два тиристора: один в анодной группе, другой в катодной группе. Электроэрозионный промежуток в любой момент времени подсоединяется к двум фазам вторичной обмотки силового трансформатора 1. Работа управляющего выпрямителя иллюстрируется диаграммами мгновенных значений фазных напряжений (фиг. Зг) на тиристорах, а напряжение на электроэрозионном промежутке при холостом ходе низкочастотного генератора показано на фиг. 3d. При коротком замыкании тин электроэрозионного промежутка на выходе устройства 11 защиты появляется нулевой сигнал, который запрещает прохождение сигнала с выхода фазосмещающего устройства 8 на управляющий вход коммутатора 6 адресных импульсов. Появление нулевого сигнала вызывает срабатывание реле 20 защиты, которое своим контактом 21 размыкает входную цепь фазосмещающего устройства 8, а контактом 22 осуществляет установку фазосмещающего устройства 8 в исходное состояние. Низкочастотный генератор принимает состояние, которое длится до тех пор, пока не будет ликвидировано короткое замыкание электроэрозионного промежутка. Как только будет ликвидировано короткое замыкание, напряжение поступает к щинам электроэрозионного промежутка 3 через резисторы, щунтирующие тиристоры управляемого выпрямителя 2. На выходе устройства 11 защиты появляется одиночный сигнал. Реле 20защиты обесточивается и его контакты 21и 22 принимают состояния, указанные на фиг. 1. Низкочастотный генератор автоматически переходит в рабочее состояние. Перевод низкочастотного генератора из рабочего состояния в исходное осуществляется нажатием кнопки «Стоп. Реле 16 управления обесточивается и его контакты 17-19 принимают состояния, указанные на фиг. 1. При возвращении кнонки «Стоп в исходное положение реле 16 управления остается в обесточенном состоянии. Работа низкочастотного генератора на частоте 15 Гц разбита на два диапазона. Это вызвано тем, что диапазон регулирования угла проводимости тиристоров управляемого выпрямителя 2 составляет 2л/3, тогда как плавное регулирование фазосмещающим устройством 8 угла проводимости составляет только я/3. Работа низкочастотного генератора в диапазоне, представленного на фиг. 1, поясняется диаграммами напряжений, приведенных на фиг. 4, а его работа в другом диапазоне поясняется диаграммами напряжений, приведенных на фиг. 5. Работа низкочастотного генератора в каждом из рассмотренных диапазонов идентична и отличается только длительностью интервала времени (фиг. 46 и фиг. 5а) на выходе формирователя 9. Фазосмещающее устройство 8 работает в том же режиме, что и на частоте 300 Гц. Выходные импульсы с фазосмещающего устройства 8 поступают на вход формирователя 9, где они под действием импульсов (фиг. 2д, е) формируются в импульсы, приведенные на фиг. 46 (фиг. 5а), которые затем с выхода формирователя 9 поступают через контактное поле 13 переключателя 13 режима работы, элемент 14 НЕ, элемент 15 И-НЕ и контактное поле 13з переключателя 13 на соответствующий управляющий вход коммутатора 6. Адресные импульсы (фиг. 4а) стробируются импульсами (фиг. 46 или фиг. 5а), полученными на выходе формирователя 9. Адресные импульсы, (фиг. 4в или фиг. 56), усиленные выходным устройством 7, подаются на управляющие электроды тиристоров управляемого выпрямителя 2. Работа управляемого выпрямителя 2 иллюстрируется диаграммами мгновенных значений фазных напряжений на тиристорах, приведенных на фиг. 4г (фиг. 5в), а на фиг. 4d (фиг. 5г) показаны кривые напряжений на электроэрозионном промежутке при холостом ходе. Работа низкочастотного генератора на частоте 100 Гц и ниже отличается от работы этого генератора на частотах выше 100 Гц тем, что фазосмещающее устройство 8 работает в режиме, в котором одновременно осуществляется как плавное, так и дискретное изменение угла проводимости тиристоров управляемого выпрямителя 2. На фиг. 6 приведены диаграммы напряжений, поясняющие работу низкочастотного генератора на частоте 30 Гц. На частотах 100 Гц и ниже адресные импульсы имеют последовательность, которая показана на фиг. 6а. Импульсы (фиг. 66) с выхода фазосмещающего устройства 8 заданной длительности через блок 10 управления поступают на управляющий вход коммутатора 6. На выходе коммутатора 6 формируются адресные импульсы (фиг. бе), которые усиливаются выходными устройствами 7 и подаются на управляющие электроды тиристоров управляемого выпрямителя. Угол начала проводимости тиристоров измеряется по отношению к естественному моменту пе1)еключения диодов неуправляемого выпрямителя, который , соответствует точкам пересечения кривых синусоид фазных напряжений (фиг. 2а), за исключением первых двух адресных импульсов, в.связи с регулированием начала времен ного интервала импульса. Работа управляемого выпрямителя 2 иллюстрируется диаграммами мгновенных значений фазных напряжений (фиг. 6г) на тиристорах. Кривые напряжений на электроэрозионном промежутке при холостом ходе работы низкочастотного генератора показаны на фиг. 6д. Предлагаемый низкочастотный генератор позволяет создать источник для электроэрозионных станков, который позволяет подобрать оптимальный режим работы в каждом конкретном случае в зависимости от объекта регулирования, характеризующийся многими факторами. Выбор оптимального режима электроэрозионной обработки осуществляется за счет синхронизации работы низкочастотного генератора с сетью питающего напряжения, что позволяет получить желаемую длительность и скважность выходных импульсов во всем диапазоне частот и точность дозирования энергии в импульсе на заданной частоте. Формула изобретения Низкочастотный генератор для питания электроэрозионных станков, содержащий трехфазный силовой трансформатор, входы которого подключены к сети трехфазного напряжения, а выходы соединены со входами управляемого выпрямителя, выполненного на тиристорах, управляющие входы которого подключены к выходам выходного устройства, а выходы подсоединены с шинами электроэрознонного промежутка н входам устройства защиты от короткого замыкания, выход которого соедннен с первым входом блока управления , синхронизатор, входы которого соединены с сетью трехфазного напряжения, а выход подключен к второму входу блока управления, фазосмещающее устройство, входы которого подключены к первым выходам блока управления, и модулятсф, выход которого соединен с третьим входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности синхронизации, в него введены формирователь интервалов времени, выходы которого соединены с четвертыми входами блока управления, один вход соединен с выходом фазосмещающего устройства, а вторые входы подключены к доволнительным выходам синхронизатора, коммутатор адресных импульсов, выходы которого подсоединены ко входам выходного устройства, а управляющие входы подключены к вторым выходам блока управления, н фсфмирователь адресных импульсов, выходы которого соединены с сигнальными входами коммутатора адресных импульсов, а входы подключены к сигнальным выходам синхронизатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ливщиц А. П. и др. Генераторы импульсов. М., «Энергия, 1970, с. 158, рис. 8-1. 2.Авторское свидетельство СССР № 301247, кл. В 23 Р 1/02, 1970.

а

г

I

птп пгппппппгпппг

гтгп

1

б

пп Uo5 U6c Uca /-v- p/-r rv

I

пгп

пг

г

teJ y11

иii

5

6

UQ Ud Uc

к

м

V А

i/0 иес uca

LL

II

J I

Г

Э

Фиг.

х1

/

/.

nn

Q

ГТ

5

ri

ri

UQ

UQ6 Udc UcQ

/ / / X

/ / / / / l

v

v

ri n

n

ГТ

n

ГТ

X

/

/

У

V

/

/

/

,5 Ud

а