Адаптивний формувач імпульсного струму для електроерозійної обробки

UA УКРАЇНА Ш) 5737 5 Н 02 М 3/135, Н 02 М 9/02 ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД (54) АДАПТИВНЫЙ ФОРМУВАЧ ІМПУЛЬСНОГО СТРУМУ ДЛЯ ЕЛЕКТРОЕРОЗІЙНОЇОБРОБКИ 1 (20)94260842,28.12.92 (21)4728559/07 (22) 14.08.89, SU (46)29.12.94. Бюл №8-1 (56) 1. Авторское свидетельство СССР №1273218, кл. Н 03 К 3/53, 1986. 2. Авторское свидетельство СССР № 668538, кл. Н 02 М 3/135, 1979(прототип). (71) Інститут електродинаміки АН України (72) Шидловський Анатолій Корнійович, Щерба Анатолій Андрійович, Павелко Олександр Миколайович, Муратов Володимир Олександрович (73) Інститут електродинаміки АН України (UA) [57) Адаптивный формирователь импульсного тока для электроэрозионной обработки, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения, соответственно, источника постоянного напряжения и элек троэрозионной нагрузки, зарядную цепь, включенную между входным и общим выводами, и состоящую из последовательно соединенных зарядных дросселя, тиристора и конденсатора, разрядный тиристор, включенный в том же направлении, что и зарядный тиристор между общей точкой соединения зарядного тиристора и зарядного конденсатора и выходным выводом, а также перезарядную цепочку из последовательно соединенных перезарядного дросселя, свободным выводом соединенного с общим выводом, и первого перезарядного тиристора.о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно введен второй перезарядный тиристор, катод которого соединен с катодом разрядного тиристорь, а анод - с катодом первого перезарядного тиристора, анод которого соединен с анодом разрядного тиристора. Изобретение относится к электротехни.е, в частности к источникам питания технологических аппаратов объемного лектроэрозионного диспергирования. Известен генератор импульсов для элекроимпульсной обработки [1] по авторскому видетельствуСССР № 1273218, который со,ержит конденсатор, заряжающийся в колеательном режиме от источника остоянного напряжения через зарядные иристор и дроссель и разряжающийся чеез разрядные дроссель и тиристор и нелиейную, стохастическим образом зменяющуюся, нагрузку. Перезарядный иристор, образующий перезарядный кон/р из конденсатора, разрядного дросселя и этого тиристора, включается с задержкой по отношению к разрядному. Время задержки устанавливается с помощью реле времени и не регулируется в процессе работы генератора. Поэтому данный генератор не обеспечивает стабилизацию импульсного энергопотребления, а также имеет низкий КПД из-за потерь в тиристоре, подключенного параллельно нагрузке. Кроме того генератор работает на более низкой частоте из-за большего времени перезаряда конденсатора по другому перезарядному контуру, образованному из конденсатора, зарядного дросселя и диода. При этом частота выходных импульсов генератора тем ниже, чем больше индуктивность зарядного О 5737 дросселя. Уменьшение же индуктивности зарядного дросселя приводит к снижению КПД цепи заряда а, значит и всего генератора. Наиболее близким по технической сущ- 5 ности к предлагаемому изобретению является устройство для питания газоразрядных ламп моноимпульсного твердотельного оптического квантового генератора [2]. Устройство содержит накопительный конденсатор, 10 заряжающийся от источника постоянного напряжения через зарядные дроссель и тиристор, разрядные дроссель и тиристор, подключенные к нагрузке, а также перезарядную цепь, образованную последователь- 15 но соединенными перезарядными дросселем, тиристором и диодом, и подключаемую параллельно накопительному конденсатору таким образом, что прямое напряжение на перезарядном тиристоре не- 20 посредственно перед разрядом накопительного конденсатора положительно. Переразрядные тиристор и дроссель шунтированы последовательной RC-цепью. Переразрядный тиристор включается с 25 некоторой задержкой по отношению к разрядному для надежного запирания последнего. Очевидно, что генератор не обеспечивает стабильности импульсного энергопотребления, следствием чего явля- 30 ется нестабильность теплового режима нагрузки, а, значит, ухудшается качество и снижается производительность электроэрозионной обработки. Задачей изобретения является созда- 35 ние такого адаптивного формирователя импульсного тока, в котором путем адаптивного изменения структуры разрядного контура достигается повышение стабильности импульсного энергопотребления 40 и режима электроэрозионной обработки. Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее входной, выходной и общий выводы для подключения, соответственно, источника постоянного на- 45 пряжения и электроэрозионной нагрузки, зарядную цепь, включенную между входным и общим выводами и состоящую из последовательно соединенных зарядных дросселя, тиристора и конденсатора, разрядный тири- 50 стор, включенный в том же направлении, что и зарядный тиристор между общей точкой соединения зарядного тиристора и конденсатора и выходным выводом, а также перезарядную цепочку из последовательно 55 соединенных перезарядного дросселя, свободным выводом соединенного с общим выводом, и первого перезарядного тиристора, дополнительно введен второй перезарядный тиристор, катод которого соединен с катодом разрядного тиристора, а анод - с катодом первого переразрядного тиристора, анод которого соединен с анодом разрядного тиристора. Суть стабилизации импульсного энергопотребления и теплового режима нагрузки заключается в том, что формирование импупьсов с заданной энергией осуществляется посредством адаптивного изменения структуры разрядного контура, т.е. включение одного из двух перезарядных тиристоров перезарядной цепи в такой момент времени разряда накопительного конденсатора, чтобы отдаваемая им энергия в нагрузку была равна заданной независимо от величины ее активного сопротивления. Так, при смещении режима разряда конденсатора в сторону апериодического (XX в нагрузке), которому соответствуют значения больших (максимально возможных) импульсных энергий, включается первый перезарядный тиристор с тем чтобы часть тока разряда конденсатора протекала по перезарядной цепи минуя нагрузки и уменьшая тем самым до заданной величины рассеиваемую в ней энергию. В противном случае, при смещении режима разряда в сторону КЗ, которому соответствуют малые активные сопротивления нагрузки, а, следовательно, и энергии, включается второй перезарядный тиристор с тем, чтобы прервать разряд конденсатора и образовать контур разряда распределенной индуктивности участка разрядной цепи через нагрузку. На фиг.1 показана электрическая схема предлагаемого устройства, где 1 -конденсатор, 2 - источник постоянного напряжения, 3 - зарядный дроссель, 4 - зарядный тиристор, 5 - разрядный тиристор, 6 - нагрузка, 7 - первый перезарядный тиристор, 8 - второй перезарядный тиристор, 9 - перезарядный дроссель. На фиг.2 приведены временные диаграммы напряжения разряда конденсатора на нагрузку, где кривая 10 соответствует номинальному режиму, кривая 11 - режиму, смещенному в область короткого замыкания нагрузки, кривая 12 - режиму, смещенному в область холостых разрядов, кривая 13 режиму апериодического разряда. На фиг.З показана функциональная схема блока управления тиристорами формирователя импульсного тока, где 14 измерительный преобразователь напряжения, 15-тактовый генератор, 16-распределитель импульсов, 17 - реле времени, 18, 19 - устройства выборки - хранения, 20, 21 аналого-цифровые преобразователи, 22 логический элемент "И" 23 - триггер, 24 цифровой преобразователь кодов, 25 - вы 5737 читающий счетчик, 26 - генератор импульсов реального времени. 27-30 - формирователи импульсов включения тиристоров. Адаптивный формирователь импульсного тока для электроэрозионной обработки 5 содержит конденсатор 1, соединенный с источником постоянного напряжения 2 через последовательно соединенные зарядные дроссель 3 и тиристор 4, зарядный тиристор 5, нагрузку 6, перезарядную цепь, состоя- 10 щую из перезарядных первого тиристора 7, ^второго тиристора 8 и дросселя 9, при этом аноды разрядного 5 и первого перезарядного 7 тиристоров соединены с одной обкладкой конденсатора и катодом зарядного 15 тиристора 4, катоды разрядного 5 и второго перезарядного 8 тиристоров соединены с одним электродом нагрузки 6, второй электрод которого соединен со второй обкладкой конденсатора 1 и первым выводом переза- 20 рядного дросселя 9, второй вывод которого соединен с катодом первого и анодом второго перезарядных тиристоров 7 и 8. Устройство работает следующим образом. 25 Конденсатор 1 заряжается от источника постоянного напряжения 2 через зарядные дроссель 3 и тиристор 4. Разряд конденсатора 1 емкостью С начинается в момент времени t 0 (фиг.2) включений разрядного 30 тиристора 5. В случае периодического разряда от напряжения зарядки Ui до некоторого остаточного напряжения Uo {кривая 10, фиг.2), которому соответствует заданное значение энергии импульса W3=(Ui2-Uo2)C/2, 35 на перезарядные тиристоры 7 и 8 не поступают импульсы включения На протяжении всего времени разряда. В случае же периодического разряда, но смещенного в сторону холостого хода {кривая 12) или короткого 40 замыкания (кривая 11), включается соответственно первый 7 и второй ti или второй 8 в момент т2 перезарядные тиристоры с тем, . чтобы изменить процесс разряда конденсатора 1 для обеспечения постоянства посту- 45 пающей в нагрузку 6 энергии. Выбор момента включения одного из перезарядных тиристоров осуществляется в зависимости от степени отклонения процесса разряда Uc(t) от номинального (кривая 10), 50 при котором энергия импульса равна заданной W3. Для предотвращения аварийного холостого хода (кривая 13), т.е. такого апериодического разряда из-за неполного пробоя межэлектродного промежутка, длитель- 55 ность которого превышает период рабочей частоты формирования импульсов, в некоторый момент времени Хз конденсатор 1 перезаряжается почти до напряжения -Ui, являющегося начальным для следующего цикла зарядки. В следствие того, что структура зарядного контура неизменна, напряжение зарядки в следующем цикле работы формирователя будет превышать номинальное (Ui), благодаря чему произойдет полный пробой межэлектродноЕО промежутка. С помощью перезарядной цепи процесс разряда в этом цикле работы изменяется таким образом, чтобы остаточное напряжение на конденсаторе 1 было равно и 0 вне зависимости от количества рассеянной в нагрузке 6 энергии Затем формирование импульсов с неизменной энергией продолжается. Пример реализации блока управления тиристорами формирователя импульсного тока (фиг.З). Блок управления содержит измерительный преобразователь 14 (ИП) напряжения на конденсаторе ur(t), тактовый генератор 15 ТГ, распределитель импульсов 16 РИ для периодической коммутации зарядного 4 и разрядного 5 тиристоров и реле времени 17 РВ, а также два устройства выборки-хранения 18, 19 (VBX), два аналогоцифровых преобразователя 20 и 21 (АЦП), логический элемент 22 И, триггер 23 Т, цифровой преобразователь кодов 24 ПК, вычитающий счетчик 25 СТ и формирователи 27-30 импульсов включения тиристоров Ф. Сигнал Uc(t) с выхода измерительного преобразователя 14 поступает на входы YBX1 (18) и VBX2 (19) для запоминания напряжения зарядки Ui и напряжения на конденсаторе 1 в момент времени t= т; • V£i , где Lp - распределительная индуктивность разрядного контура, и последующего преобразования АЦП в цифровые коды Uui Uc[t). Эти коды, а также код напряжения Uo[W3]. требуемого для обеспечения подвода к нагрузке заданной энергии W3, поступают на адресные входы преобразователя кодов 24, выходной код которого - время задержки включения одного из тиристоров 7 или 8 по отношению к t поступает на вход данных вычитающего счетчика 25. Инкрементирование содержимого СТ 25 импульсами генератора реального времени ГРВ 26 осуществляется после записи выходного кода ПК 24 г по сигналу триггера 23, который переключается по завершении аналого-цифрового преобразования. При обнулении счетчика 25, например, в момент времени т2 (кривая 11, фиг.2) триг. гер 23 переходит в первоначальное состояние, а выходной импульс счетчика 25 усиливается формирователями 27 28 для включения перезарядных тиристоров 7 и 8. При этом включается тот из тиристоров (а данном случае 8), прямое напряжение на котором положительно. Таким образом, ПК 5737 8 содержит информацию о задержке времени средством адаптивного изменения структувключения одного из перезарядных тиристоры разрядного контура при изменениях акров по отношению к моменту времени t тивного сопротивления нагрузки, моменту определения отклонения режима стабилизируется ее тепловой режим, а слеразряда от номинального (такого разряда, при довательно, качество и производительность котором в нагрузку поступает энергия W3). электроэрозионной обработки, что выгодно Преобразователь кодов 24 предварительотличает предлагаемый формирователь имно программируется или по результатам распульсного тока от прототипа, в котором стачета динамики разряда при варьировании бильность и м п у л ь с н о г о п о т р е б л е н и я величины активного сопротивления нагрузки 10 полностью определяется характером измево всем диапазоне его изменения, или по ренения активного сопротивления нагрузки. зультатам планируемого эксперимента при Устойчивость режима электроэрозионной работе на эквивалент нагрузки со ступенчаобработки обеспечивается за счет стабилитым изменением активного сопротивления. зации остаточного, а, следовательно, и наТаким образом, в результате стабилиза- 15 пряжения зарядки рабочего конденсатора. ции импульсного энергопотребления по U 5737 " Г (V 1 ПК Атт т 27 г.т HUP 7 і і ЇЇП П УВХ 2 Запись t І АЦП 2 І " ' 1 -і ? -> і t I Т І- ГРВ Ф ТГ 3D -І, і , гL РИ __„ —» і 'v\' Упорядник Замовлення 621 ф . Техред М Моргентал Коректор Н.Король Тираж ПідписнеДержавне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вуп Гагаріна, 101