短电弧机床数控脉冲电源研制

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1、学兔兔www.xuetutu.com第6期(总第181期)机械工程与自动化N0．62013年12月MECHANICALENGINEERING&AUT()MATI(】NDec．文章编号：1672—6413(2013)06—0165—03短电弧机床数控脉冲电源的研制来何强，周建平，章翔峰，许燕(新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐830047)摘要：介绍了短电弧机床数控脉冲调频电源的设计和研制，提出采用两级调制实现电源输出参数(幅值、频率、占空比)的连续可调，并分别阐述了电源主回路、控制系统、保护系统的设计。电源以DC／DC全桥逆变作为一级调制实现输出脉冲幅值的可

2、调．并联斩波电路作为二级调制实现输出脉冲频率和占空比的可调。实验结果证明电源运行可靠、输出特性良好、抗干扰能力强。关键词：数控；脉冲电源；两级调制；短电弧中图分类号：TG66l文献标识码：B0引言2脉冲电源系统设计超硬材料的加工是机械加工领域普遍面临的一道2．1脉冲电源主电路设计技术难题，短电弧技术能有效地解决超硬、超强度、高图2为脉冲电源主电路拓扑结构。其具体工作过韧性、高红硬性、高耐磨性、严重冷作硬化等新型特种程是：三相交流经限流电感和EMI滤波、三相不控整材料的加工难题[1]。它利用两个电极(工件为阳极，工流、工频滤波环节后，采用软开关技术将整流滤波后

3、具电极为阴极)之间产生的短电弧放电来蚀除工件电的直流电由IGBT全桥逆变电路变换成正负极性的交极表面的金属材料，从而达到尺寸加工的目的。但是流电，此高频交流电再经高频变压器和倍流整流电路短电弧加工技术的机理仍处于研究阶段，该技术的高后，将能量存储于储能电容中，最终，直流斩波电路将效加工与它本身很高的工作电流有着直接关系，是否电容输出直流电变换为频率与占空比可调的电压脉冲与它的脉冲宽度和频率有关是下一步研究的重要内供给负载。容。因此，本文研制一台瞬时脉冲功率最高可达72一级调制二级调制r⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯r⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯kw的大功率脉冲电源样机，为短电弧加

4、工技术的研究提供了重要的实验依据。；驱动信号tl反馈信号!驱动信号t皈馈信号1脉冲实验电源方案I驱动电路=控制板=14驱动电路该脉冲实验电源为短电弧机床提供多参数可调输出需求，具有电压型、电流型两种输出模式，可任意切I苎I换，同时具备输入过压、欠压、缺相、超温、输出过压、输图1脉冲电源结构框图出短路等保护电路，其结构框图如图1所示。电源采用两级信号调制方式，其中，一级调制电路包括整流滤波、全桥逆变、高频变压；二级调制电路包括倍流整流、电容储能、直流斩波前者核心为全桥逆变电路，后者图2脉冲电源主电路拓扑结构核心为直流斩波电路。电源输出电压幅值为5V～36储能电

5、容为功率脉冲提供持续的能量，选用高频V，输出电流为0A～2000A，脉冲频率为50Hz～20低阻电解电容与高频高压大电流电容，可充分发挥高kHz，占空比为09／6～75。功率密度和高能量密度优势，从而使得电源系统具有国家自然科学基金项目(51065027)；自治区高技术发展项目(201113129)收稿日期；2013-04-01；修回日期：2013—04—28作者简介：何强(1986一)，男，四川泸州人，在读硕士研究生．研究方向为特种加工技术。学兔兔www.xuetutu.com·l66·机械工程与自动化2013年第6期短时间大功率输出的能力，又具备持久的动

6、力性能。路，若发生过压、过流情况，驱动芯片将产生的故障信在直流斩波电路中，功率器件选用相同型号的大功率号送入UC3879的CS端口，控制器则对全桥电路逐MOSFET，采用4个降压斩波电路并联组成多相多重波关脉冲、直流路回电斩一波电一～件器i卜路直接关脉冲或跳闸。放电回均流斩波电路，采用移相倍频控制技术]。4路PWM路的保护通过电流传感器检测直流斩波输出处的电＼lI＼信号彼此相移1／4周期，在输出端就会得到4倍的脉流，控制器判断电流大于保护设定值时，同样对全桥电冲频率，该方法称为移相倍频控制技术。路逐波关脉冲、直流斩波电路直接关脉冲，并采用该电路具有如下特点：

7、电路输出脉冲频率高；单个RCD吸收电路防止过电压。开关管开关频率低，降低了系统的发热；有效避免了由GND于功率开关管的死区时间带来的影响；单个开关器件的电流低；各降压斩波电路单元可互为备用；4个开关器件的驱动信号来自于单片机，每个驱动信号分别轮流延时驱动开关管，最终在输出端可得到频率和占空比可调的脉冲。2．2脉冲电源控制系统设计图4P1自适应电压调节原理图图3为脉冲电源控制系统结构框图。本控制系统在短电弧切削加工过程中，脉冲电源正负极在水以移相式PWM集成控制芯片UC3879为控制核心，汽喷雾作用下会不断产生放电通道，在放电通道内电主要任务为全桥IGBT模块

8、提供驱动信号，并完成对流会迅速上升至上千安培，此时，