Генератор импульсов для электроэрозионной обработки материалов

(19) (1 1/02 Николаевльство СССР ЬСОВ ДЛЯ .ТКИ МАТЕРИАные мы дов обфаэного положи.тр ока выходные рабочимитри конденьнык ячеек,орами ны последо ристоров - к блока контр ка и управле(54)(57) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОЛОВ, имеющий четыре входдля подключения фазовыхмоток и вывода нейтралиисточника .переменного ттельный и отрицательныйвыводы для соединения сэлектродами, содержащийсатора и две пары вентилзашунтированных конденсвентили в которых включвательно-согласно анодньподключенные к первой и входным клеммам, причем третья вход"ная клемма соединена с отрицательным выходным выводом, а четвертая входная клемма, объединенная снейтралью звезды, через третий конденсатор подключена к средним выводам обеих вентильных ячеек, и блокконтроля фазового напряжения источника и управления вентилями, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью улучшения удельных энергетических показателей путем увеличениявыходного напряжения, он дополнительно снабжен двумя последовательно включенными тиристорами, один изкоторых своим анодом и катодомподключен к катодным выводам обеихвентильных ячеек соответственно, адругой - между упомянутымикатоднымивыводами и положительным выходнымвыводом, а управляемые переходыэтих ти дополнительнымвыходам оля напряженияисточни ния вентилями.Изобретение относится к электрот физическим методам обработки металлов и касается генератора импульсов для электроэрозионной обработки материалов.Известен генератор импульсов для электроэрозионной обработки материалов, который имеет 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, содержит три.конденсатора и две пары вентипьных ячеек, зашунтированньк конденсаторами, вентили в которых включены последовательно-согласно, анод- ными выводами подключенные к первой и второй входным клеммам, причем третья входная клемма соединена с отрицательным 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 И .Недостатком этого генератора являются относительно низкие удельные :энергетические показатели, так как его напряжение на выходных выводах для соединения с рабочими электро- дами 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, имеющий 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 и, две пары вентильных ячеек, зашун" тированных конденсаторами, вентили в которых включены последовательно- согласно, анодными выводами подключенные к первой и второй входным клеммам, причем третья входная клемма соединена с отрицательным вы-. ходным выводом, а четвертая входная . клемма, объединенная с нейтральюзвезды, через третий конденсаторподключена к средним выводам обеихвентильных ячеек, и блок контропяфазового напряжения источника иуправления вентилями, дополнительноснабжен двумя тиристорами, а блокконтроля напряжения источника иуправления вентилями - дополнительными выходами, при этом тиристоры 1 О образуют последовательную цепочку и один из них своим анодом и катодом подключен к катодным выводамобеих вентильных ячеек соответственно, а другой - между упомянутыми катодными выводами и положитель" ным выходным выводом, катодом к последнему, а управляемые переходыэтих тнристоров - к дополнительнымвыходам блока контроля напряженияисточника и управления вентилями. На чертеже представлена электрическая схема генератора импульсов для электроэрозионной обработки материалов.Генератор содержит четыре вход 25 ные клеммы 1-4, положительный 5 иотрицательный 6 выходные выводы длясоединения с рабочими электродами,три конденсатора 7-9 н две парывентильных ячеек, зашунтированных 30 может обеспечить эффективную обработку материалов с различной частотой импульсов в межэлектродном промежутке. Максимальная частота генерирования импульсов в промежут 50 ке равна частоте генерирования переменного тока источником. В этом случае осуществляется так называемый"быстрый" заряд конденсатора 8 и дляего эффективного заряда емкости кон 55 денсаторов 7 и 9 должны быть боль-ше емкости конденсатора ( (т.е.С 9 ) С 7 ) С 8). конденсаторами 7 и 8, вентили 10и 11, 12 и 13 ячеек включены последовательно - согласно, блок 14контроля фазового напряжения и двагиристора 15 и 16.3,1При описании электромагнитныхпроцессов в генераторе в целях упрощения рассматривается его работа. врежиме холостого хода. Условно также считается, что первая фаза источника годключена к входной клемме 1,вторая - к клемме 2, третья - к входной клемме 3, вентили 10, 11 и 13диоды, а вентиль 12 - тиристор45В зависимости от соотношения емкости конденсаторов 7-9 генераторПри разряде конденсатора 8 на частоте меньшей, чем частота генерирования переменного тока зарядным ис точником, производится так называе- . мый "медленный" заряд конденсатора 5 8 - за несколько периодов изменения тока источника. В последнем случае соотношение емкостей конденсаторов изменяется (С 8С 7 з С 9). В последнем случае конденсаторы 9 и 7 осуществляют функцию емкостных дозаторов энергии и вольтодобавочных источников, включаемых нериодически в цепь заряда накопительного конденсатора 8, Таким образом, работа гене ратора закпючается в подготовке к формированию и в формировании импуль. сов.Работа генератора в режиме подготовки формирования рабочих импульсов 20 на частоте источника, т.е. при его работе в. режиме "быстрого" заряда конденсатора 8.сНапряжение на всех фазах источника сдвинуты на 120 эл. град. друг относительно друга и имеют прямой порядок чередования фаз. Пусть в исходный момент времени входные клем" мы относительно нейтрали имеют следующие значения потенциалов: первая и третья - отрицательны и одинаковы по величине, вторая - положительна. В этом случае фазовое напряжение ис" точника, приложенное к . клеммам 4. и 2 .- максимальное, и под его дейст. вием зарядится конденсатор 9 по цепи 2-13-9-4-2. По окончании заряда конденсатора 9 диод 13 запирается, так.как к его катоду приложено поло. жительное (относнтельно анода) напряжение цепи: конденсатор 9 - вто. рая обмотка источника (клеммы 4-2). При подаче с блока 14 сигнала науправляющий электрод тиристора 12 последний открывается и по цепи 9-12-8-2-4-9 осуществляетсяпредварительный заряд конденсатора 8.Этот заряд завершается через 180 эл.град. " от начала отсчета и 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 покаэате" ли конденсатора 7, так как начальный заряд конденсатора 8 осуществляется от конденсатора 9 (до удвоенного амплитудного значения фазо" вого напряжения ТИПТ) и поэтому для дозаряда конденсатора 8 требуется меньшая доза энергии, чем при его заряде с нулевьи начальным напряжением.Так как при выбранном начале от. счета времени потенциал фазы 111 возрастает, то через 30 эл. град. от начала отсчета линейное напряжение, приложенное к входным клеммам 2 и 1, имеет максиальное значение и к этому моменту времени под действиемэтого напряжения, заряжается конденсатор 7 по цепи 2-13-10- -7-1-4-2, а через 60 эл. град. сум-, марное напряжение конденсатора 9 и напряжения, приложенного к клеммам 4 и 1, достигает величины, равной удвоенному фазному напряжению. Поэтому конденсатор 7 дозарядится до двойного фазного напряжения. Через 120 эл. град.от начала отсчета потенциалы фаз 11 и 1 становятся одинаковыми и в последующие моменты потенциал фазы 1 возрастает по величине,ив этот момент блок контроля фазового напряжения открывает тиристор 15 и начинается доэаряд накопительного конденсатора 8 суммарным напряжением конденсатора 7 и линейного напряжения фаз 1 и П источника (с величиной напряжения, равной 3,73 фазного напряжения источника). Через 210 эл. град.,от начала отсчета заряд конденсатора 8 прекращается и тиристор 15 гаснет- запирается естественным путем, Конденсатор 8 при этом отключается от конденсатора 7. Через 330 эл, град. от начала отсчета подготовка к формированию импульса завершается и блок контроля фазового напряжения открывает тиристор 16, к входным выводам 5 и 6 прикладывается напряжение, величина которого в 5,46 раз превышает фазное напряжение источника (складывающееся из суммы напряжений конденсатора 8 и линейного напряжения фаз 11 и 111). Этим напря. жением осуществляется пробой рабо-. чего промежутка на электродах. Междуэлектродом, который подключен к выходному выводу 5, и обрабатываемойдеталью, к которой подключен электрод, соединенный с выходным выводомб, образуется иониэированный канал,в который передается энергия иэ конденсатора 8, разряжаемого через источник (клеммы 2-4-3). Величина тока, протекающего в канале, определяется суммарным напряжением конденсатора 8 и линейного напряжения источника, Благодаря большой плотностиэнергии в зоне разряда создаетсявысокая температура, при которойматериал на поверхности обрабатываемой детали плавится и частично испаряется.Конденсатор 8 (предварительнозаряженный по указанным цепям),формируя импульс тока в канале, разряжается до нуля, а затем, если со"противление межэлектродного промежут.ка мало, переходит в режим ограничения тока источника, при этом онзаряжается противоположной полярностью (перезаряжается).С момента времени, когда ток вионизированном канале становитсяравным нулю, тиристор 16 запирается(гаснет) и начинается процесс деионизации промежутка, так как рабочийимпульс завершился. В это время всалеме генератора происходят процессы подготовки к формированию очередного импульса обработки материала и осуществляются заряд (подзаряд) коцденсаторов 9 и 7 по указанным цепям. По завершении подготовкиформируется очередной импульс токадля обработки материала, находящегося в электроэрозионном рабочем промежутке, Эти импульсы следуют счастотой изменения тока (напряжения) источника. 40Процессы, происходящие в генераторе при "медленном" заряде накопительного конденсатора 8, зависят от моментов открытия тиристоров 12,4515 и 16, обеспечивающих заряд и разряд конденсатора 8. Накопительный . конденсатор 8 разряжается на рабочий промежуток в соответствии с , алгоритмом формирования рабочего50 импульса напряжения, величина которого в 5,46 раз превышает фазное напряжение источника. Для обеспечения такого алгоритма формирования рабочего импульса определяются моменты открытия тиристоров 12 и 15, кото 55 рые выбираются с целью обеспечения минимальных потерь при заряде кон+ денсаторов 7 и 8 и обеспечения заряда этих конденсаторов до максимального значения напряжений на их обкладках; конденсатора 7 - до удвоенного фазного напряжения, а конден-сатора 8 - до 3,73 Пи, где Ц- максимальное 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 доза- торов энергии, заряжаемых от источника, и вольтодобавочных источников, раэряжаемых при этом через источник.В процессе подготовки к формированию импульса, выполняемого методом медленного заряда накопительного конденсатора 8, тиристор 16 находит- ся в закрытом состоянии, а поочеред+ 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 конденсаторахи 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 З.производится ся 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 рабоче-/го импульса, аналогично указанному, 1Интегральное значение тока в импульсе (пропорциональное амплитуде и длительности тока) определяет удельные энергетические показатели1генератора, Так как выходное напряжение генератора превышает амплитуду напряжения ТИПТ в 5,46 раза, скорость передачи энергии, пропорциональная квадрату выходного напряже1085732 Составитель В. ВлодавскийТехредМ. Гергель Корректор М. Демчик Редактор А. Химчук Заказ 2131/11 Тираж 1037 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж,.Раушская наб., д. 4(5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ния, увеличивается по сравнению с базовым объектом (у,которого выходное напряжение не превосходит значения 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 вольтодобавочные конденсаторы и накопительный конденсатор, которые ограничивают величину тока в эроэионном промежутке (ионизированном канале) во всех режимах генератора - вплоть до режима короткого замыкания, генератор не требует специальной защиты, используемой обычно для предотвра" 15 щениявыхода генератора из строя в случаях короткого замыкания его выхода (например, при случайном све" дении рабочих электродов).Процессы заряда конденсаторов 20 7 - 9 происходят практически независимо от процесса разряда конденсатора 8 во время формирования рабочего импульса. Это позволяет эксплуа" тировать ТИПТ в режиме постоянной 25 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 ( р = КС). Поэтому мощность, выделяющаяся на выходных выводах за время разряда кон"денсатора 8 (формирования рабочихимпульсов) возрастает из-за уменьшения ЬР, Зто в свою очередь улучшает удельные энергетические показатели рассматриваемого генератора(т,е. такие его энергетические показатели, как КПД, скорость передачиэнергии источника в рабочий промежуток, коэффициент мощности ИТП ипр. отнесенные к массе, объему,стоимости генератора) в целом.Таким образом, если генераторимпульсов для аэрозионной обработкиматериалов выполнен по предлагаемойсхеме, удельные энергетические показатели генератора улучшаются засчет увеличения его выходного напряжения,