Способ формирования импульсов тока в нелинейной нагрузке Советский патент 1980 года по МПК B23P1/00 

(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ТОКА В НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКЕ . Изобретение относится к области электрофизической обработки.материалов, в частности касается генераторов униполярных импульсов для электроэрозионной обработки, а также мо- жет быть использовано в электро- и радиотехнике для питания различных . импульсных нагрузок (ИН) от накопительных конденсаторов (НК) и источников переменного тока (ИПТ), осущестрляюших заряд емкостных накопите лей энергии (ЕНЭ) через выпрямитель. Известен способ импульсного питания нагрузок с ЕНЭ, заряженным от ИПТ в одном, например,нечетном полу периоде изменения напряжения источника и коммутации управ ля емыми ключа ми в том же или в другом полуперио де 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, что увеличивает мощность в импульсе, однако низкая скважность (обычно не более четырех) ограничивает возможность увеличения скорости передачи энергии источника в нагрузку. Недостатками известного способа передачи энергии источника в ЗП являются невысокая скорость этой передачи, оцениваемая мощность в импульсах тока, а также низкие удельные энергетические показатели устройств, формирующих импульсы тока в 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 энергий 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. Указанная цель достигается тем, что при формировании разрядных IJ пульсов заданного значения эн передаваемой в нагрузку, от.

значение напряжения источника, требуемое в момент разряда накопителя, по величине запасенной в нем энергии (проШрцйбнальной -емкости конденсатора и квадрату напряжения на е.го обкладках), а после достижения мгноч веНньам напряжением источника своего максимального .амплитудного значения бравнивают расчетное требуемое с -ЙШеренньм мгновенным значением, и в момент достижения равенства сравкиваемых напряжений производят суммирование напряжений источника и заряженного накопителя, подают на нагрузку полученное суммарное на.Пряжёнйё, 3аряжайт конденсатор напряжением обратной (по отношению к первоначальной, предшествующей моменту начала его разряда) полярнос т1иГй;5 момент окончания его заряда &1ШючШт ймпульсную нагрузку,- ; Способ может быть осуществлен гене1ра;тором униполярных импульсов, выполненным по схеме, содержащей Эйедныег клеммы для подключения ИПТ, выхЬдные клеммы,для подключенияЭП, Жбуг полупериодный мостовой выпря Шгг ель, одна из клемм входной диагонали которого образует первую входную клемму устройства, ключевой элемент, НК и блок контроля напря; 1 ёШЯ источника и конденсатора и

управления вентилями (БКНИКУВ) вы прйми ёля. / .

в устройстве, позволяющем осуществить предлагаемый способ, накопительный конденсатор одной своей обкладкой соединен со второй клеммЬЙ входнойдиагонали выпрямйт-еля, .а вторая обкладка ТНК образует втор- -вхОДнуюклемму устройстваj при ШбМ в КаЧестве - kJi eBol-o элемента йШШьзб-в-ан полупррводниковый ключ О двухсторонней проводимостью (нагфймер, сймистбр или два включенные встрёчйо-йарадаешьно тиристора), который подключен к клеммам вход- ной даагоналй упоМйнутЬ1ГОвып 5-ями теля.

Г На фиг. 1 прёдставлейа структурн схема устройства; аа фиг, 2 - времённая Диаграмма изменениянапряжен в уЬтройстве Hci фиг. Ъ - электрическая схема устройства формировани йштулЬсов тока, на частоте источника с использованием одного ЦК; на фиг. ГГсхзма фбрШрЪвания йМуНьсб1

тоте источника с йсйользбванием дву фиг. 5 - схема формирования имгфльсов йа чаетоте, вдвое превыша

щей частоту источника. -

Устройствб содержит входные для подключения источника 1 переменного тока {имеющего обычно малое внутреннее сопротивление), выходные клеммы подключения энектроэрозйойного промежутка, накопи тельный -конденсатор 3 и блок 4 VntidfirtfteMbtx зарядно-разрядных ключей,- осуществляющих заряд емкостногб накопители энергии от источника в одном, например, первом и последующих нечетных полупериодах изменения напряжения источника 1. Во время заряда НК мгйовенные значения напряжения источника измеряются блоком 5, а напряжение конденсатора - блоком 6. Последний запоминает напряйсение накопителя и по заданной величине энергии, передаваемой в назфузку вб время разрядного импульса и значению энергии, запасенной конденсаторбм, определяет значение напряжения источника, требуемое в момейт начала формирования этого импульса. В системах с неизменной энергией в импульсе и стабилизированным йайряжением источника этот разряд целесообразно осуществлять при максимальном напряясенйи источника, т.е. импульсы можно формировать в каждом полупериоде изменения напряжения истбчника. Если энергия в импульсе йолжна имефь значение меньше макси- мальйбвбзйбжного, то после достижения; напряжением источника своего амплитудного значения егб мгновенное значение сравнивают с требуемым расчетным значением ив момент достиясегния равенства сравниваемЕзх напряжеНИИ с помощью блока } суммируют мгно,венное напряжение источника с напряжением накопителя и пбдают §ту сумму напряжений на эрозионный промежутбк. . . . . . .

Энергия, предварительно запасенная конденсатором, передается при этом в .ЭП, а конденса тор разряжается. Источник- в это время отдает в нагрузЛу энергий,.равную энергии, запасенной в поле конденсатора в мсзмент, предшествующий моменту его разряда. По окончании разряда НК напряжение на обкладках становится равйым нулю и таккак сопрот.ивление разряжеййого конденсатора равно нулю &не1 гия йет6чйика передается в ЭП чере койЩйсатор а конденсатор заряжется противоположной полярностью через сЬттротивление эрозионйого промежутка (перезаряжается) п зактически при нейёмёнйбм мгйбвенйом значении напряжения 1ьрточника-. При та;кбм заряде йакопителя 50% эйергии рассеивается в ЭП, по .мере,заряда кбнденсато{ й его напряжение повышается, а так как это напряжение имеет полярнЪсть, прбтивбположную .полярности напряжеййя йстбЧйийа-, тб в мбмейт окончания пе45езаЕ1Яда кбйдейсатора напряжение на ЭП становится равным нулю. Нагрузку в этовремя отключают от источник и накопители, напряжения которых конролируют соответственно блоки 5 и (5.

В связи с тем, чтЬ энергия, отдаваемая конденсаторомво время его перезаряда,.вдвое превышает энергию бтдпаваёмую им приразрядке, а энергия, выделяющаяся в ЭП, равна сумме энергий источника и НК, емкость накопителя при рассмотренном способе формирования разрядных импульсов то ка в нагрузке в 4 раза меньше емкос ти одиночно разряжаемого конденсатора - накопител1я, не использующего энергию ИПТ при формировании импуль са тока,: Энергия, запасенная в поле конденсатора в момент его перезаряйа, может быть возвращена в источник ил использована- для формирования очере ното импульса тока в нагрузке. Так, если в момент времени ty истрчнйк имел напряжение-е , а Конденсатор был перезаряжен до напряжения и ключи блока 4 отключили его от источника и ЭП, в следующем полупериоде изменения напряжения источник эти напряжения имеют один и тот же знак (фиг. 2), что позволяет легко осуществить их суммирование на нагрузке в момент tg без каких-либо преобразований. . Уменьшение емкости НК в 4 раза соответственно сокращает время форм рования разрядного импульса тока. При малом сопротивлении источника длительность импульса передачи энер гии источнйк-а в нагрузку определяется сопротивлением этой нагруз.ки, так Как максимальная скорость передачи энергии из конденсатора определяется скоростью распространения электромагнитного поля между его-., обкладками. Поэтому длительность : этого, импульса имеет минимально : возможное время. На фиг. 3 изображена схема простейшего генератора импульсов, формирующего импульсы тока в ЭП на частоте напряжения источника. В это схеме источник 1 подключен к выходным клеммам 2 через конденсатор 3, заряд Которого осуществляется через диод 7. Напряжение источника и. накопителя контролирует БКНИКУВ 8. Этот же блок управляет тиристором 9, включённым в цепь питания ЭП., В полупериоде изменения напряжения источника, когда к аноду диоДа 7; . п эиложено гЯ лОжительное .относитель- НО его Катода напряжение, осуществ ляется, заряд НК 3. Этот заряд .закан чивается в момент достижения напряжением источника амплитудного значе ния, и диод 7 предохраняет конденсатор от разряда н& источник. В следующем полупериоде полярность напряжения источника йзменяется и, когдамгновенное значение напряжения источника, после доЬтижения им максимального значения, убывая, достигает расчетного значения, блок 8 с помощью тиристора 9 подключает ЭП к цепи: источник 1 конденсатор 3, в эрозионном промежу

-.. ке формируется разрядный импульс . тока, конденсатор перезаряжается, по окончании перезаряда тиристор 9 гаснет. После этого импульса конденсатор 3 через диод 7 снова перезаряжается, в результате чего он оказывается заряженным до амплитудного значенй я напряжения источника. Далее процессы повторяются цикли- чески. Г Формирование разрядного импульса -путем суь5мирования напряжений и энергий ИПТ и НК позволяет в 4 раза уменьшить емкость (и соответственно вес) конденсатора. Если учесть, что при этом также отпадает надобность в применении дросселей, то выигрыш в весе оказывается еще более значительным. Вварианте схемы формирования импульсов на частоте источника, приведенном на фиг. 4,напряжение источника суммируется с напряжением двух конденсаторов, один из заряжается череэ диод 7, а второй через диод 10. Работа этого формирова тел я импуЛьсодваналогичнаработе устройства по фиг. 3. Более совершенным являет.ся устройство по схеме фиг. 5.. В этом устройстве разрядные импульсы тока формируются на каждом полупериоде изменения напряжения источника 1, подключенного через конденсатор 3 ко входной диагонали мостового выпрямителй, образованного диодами 7 и 10 и тиристорами 9 и 11. Для первоначального заряда, а если необходимо, то и для подзаряда кондеН- сатора, используется двухсторонний полупроводниковый ключ 12 (типа симистора), соединенный -с клеммами входной диагонали моста. При открытии этого .ключа сигналом от блока 8 конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения источника и клю,ч гаснет (запирается) . Конденсатор при этОм запасает максимально возможное значение энергии. В следующейчетверти периода йзменёни;яНаПряжения источника блок 8 подает в требуемый мОмёнт времени сигнал на открытие тиристора 9 или 11 и энергия НК и источника передаезгся в ЭП 2, конденсатор 3 при этом перезаряжается, а тиристор запирается, в следующем полупёриоде конденсатор может быть Снова подзаряжен через Симистор 12 в течение первой половины полупериода, а во второй его половине - разряжен и перезаряжен через тиристор на ЭП 2. . Блок 8 может бнть выполнен по любой .известной схеме, осуществляющей Фазовое управление зарядно-разряд