CN114799376A - 微细电火花加工的lc高频脉冲电源 - Google Patents

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白基成
李政凯
唐佳静
周子木
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种微细电火花加工的LC高频脉冲电源，所述LC高频脉冲电源包括直流电源、第一二极管D1、第二二极管D2、晶体管TR1、电容C和电感L，其中：所述晶体管TR1的集电极与直流电源的负极连接，晶体管TR1的发射级分别与第二晶体管D2的正极和加工间隙的负极连接；所述电容C的一端分别与第二二极管D2的负级和第一二极管D1的正极连接，电容C的另一端与电源正极连接；所述电感L的一端分别与第一二极管D1的负极和加工间隙的正极连接，电感L的另一端与电源正极连接。该LC高频脉冲电源采用LC振荡电路，可以在开关管关闭期间，循环利用开关管开启期间电感和电容存储的能量循环放电，提高了能量利用率。

Description

微细电火花加工的LC高频脉冲电源
技术领域
本发明涉及一种高频脉冲电源，具体涉及一种适用于微细电火花加工的LC高频脉冲电源。
背景技术
现有的微细电火花加工节能型高频脉冲电源装置是通过电感代替限流电阻并进行储能和二次放电的充放电过程来实现脉冲电压输出，电路简单。但这种方法存在以下缺点：在开关管的一次关闭期间内电感所储存电能并未都用于加工，因此能量利用率较低，加工速率慢。
发明内容
针对传统微细电火花加工节能型高频脉冲电源的缺点，本发明提供了一种微细电火花加工的LC高频脉冲电源。该LC高频脉冲电源采用LC振荡电路，可以在开关管关闭期间，循环利用开关管开启期间电感和电容存储的能量循环放电，提高了能量利用率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种微细电火花加工的LC高频脉冲电源，包括直流电源、第一二极管D1、第二二极管D2、晶体管TR1、电容C和电感L，其中：
所述晶体管TR1的集电极与直流电源的负极连接，晶体管TR1的发射级分别与第二晶体管D2的正极和加工间隙的负极连接；
所述电容C的一端分别与第二二极管D2的负级和第一二极管D1的正极连接，电容C的另一端与电源正极连接；
所述电感L的一端分别与第一二极管D1的负极和加工间隙的正极连接，电感L的另一端与电源正极连接。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明通过振荡电路中储能元件的循环充-放电，能够更充分地利用电感和电容中储存的能量，降低电火花加工中的能耗。
附图说明
图1为本发明微细电火花加工的LC高频脉冲电源的结构示意图；
图2为有阻尼LC振荡电路下的电压波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种微细电火花加工的LC高频脉冲电源，如图1所示，所述电源由直流电源、第一二极管D1、第二二极管D2、晶体管TR1、电容C和电感L构成，其中：
所述晶体管TR1的集电极与直流电源的负极连接，晶体管TR1的发射级分别与第二晶体管D2的正极和加工间隙的负极连接；
所述电容C的一端分别与第二二极管D2的负级和第一二极管D1的正极连接，电容C的另一端与电源正极连接；
所述电感L的一端分别与第一二极管D1的负极和加工间隙的正极连接，电感L的另一端与电源正极连接。
本发明中，所述晶体管TR1的基电极输入电压为脉冲方波，以控制电路开闭。
本发明中，上述电源由充电回路1、放电回路2组成，通过晶体管TR1开闭切换回路。当晶体管TR1闭合时，直流电源、电容C、电感L和加工间隙形成充电回路1；当晶体管TR1断开时，首先电容C、电感L和加工间隙形成放电回路2；在电容C和电感L完成一次放电后，振荡电路电流方向翻转，此时电容C和电感L形成循环回路3，而后再经过一次振荡形成电容C和电感L的下一次放电。具体原理说明如下：
当晶体管TR1闭合时，直流电源经由电容C、电感L和加工间隙进行火花放电加工，当晶体管TR1断开时，电容C、电感L和加工间隙(可等效为电阻R调试)形成了一个典型的单自由度有阻尼振荡的回路，电容C和电感L存储的能量在电路的循环振荡中经由加工间隙的电阻R释放。控制方程为：
Figure BDA0003643734930000031
或
Figure BDA0003643734930000032
式中：Q为电容中存储的电荷量；L为电感；C为电容；t为时间；UC为电容两侧电压；R为加工间隙等效电阻。
当加工间隙被击穿时，加工间隙的等效电阻骤降，方程的具有弱阻尼解为：
Figure BDA0003643734930000033
式中：A为最大电压值；ω为电路振荡角频率；
Figure BDA0003643734930000034
为电路振荡初相位，由晶体管TR1闭合期间内电感L和电容C储存的电能决定；δ为阻尼因子；
Figure BDA0003643734930000041
由解函数可得，振荡电路电压及存储电能呈指数衰减，当电压降低至击穿电压以下时即停止晶体管TR1断开期间内的火花放电。
同时由于循环回路3的存在，在LC振荡电路电流方向翻转的阶段，即电压振荡的负值阶段，电路未通过加工间隙，电能无耗散。
图2为有阻尼LC振荡电路下的电压波形示意图如图2所示。图2说明了LC振荡电路的电压变化规律。当电压大于击穿电压时，加工间隙被击穿进行放电。

Claims (3)

1.一种微细电火花加工的LC高频脉冲电源，其特征在于所述LC高频脉冲电源包括直流电源、第一二极管D1、第二二极管D2、晶体管TR1、电容C和电感L，其中：
所述晶体管TR1的集电极与直流电源的负极连接，晶体管TR1的发射级分别与第二晶体管D2的正极和加工间隙的负极连接；
所述电容C的一端分别与第二二极管D2的负级和第一二极管D1的正极连接，电容C的另一端与电源正极连接；
所述电感L的一端分别与第一二极管D1的负极和加工间隙的正极连接，电感L的另一端与电源正极连接。
2.根据权利要求1所述的微细电火花加工的LC高频脉冲电源，其特征在于所述晶体管TR1的基电极输入电压为脉冲方波。
3.根据权利要求1所述的微细电火花加工的LC高频脉冲电源，其特征在于所述晶体管TR1闭合时，直流电源、电容C、电感L和加工间隙形成充电回路1；晶体管TR1断开时，电容C、电感L和加工间隙形成放电回路2，在电容C和电感L完成一次放电后，振荡电路电流方向翻转，此时电容C和电感L形成循环回路3，而后再经过一次振荡形成电容C和电感L的下一次放电。
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