節(jié)能式電火花加工脈沖電源及其相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、電火花加工系統(tǒng)作為一個(gè)典型的3C(Complex task, Complex environment, Complex plant)系統(tǒng)，脈沖電源的電壓電流輸出特性將直接決定了電火花加工的工藝性能。傳統(tǒng)電火花加工脈沖電源具有體積龐大，約30％的低電能利用率和低于70%的功率因數(shù)等缺點(diǎn)，而現(xiàn)代電力電子技術(shù)的成熟和發(fā)展使得電源系統(tǒng)的高效化和小型化成為可能，因而高效節(jié)能式電火花加工脈沖電源的研究已成為目前電火花加工領(lǐng)域研究中一個(gè)重要而且緊迫的

2、課題。
　　本文詳細(xì)分析現(xiàn)有的節(jié)能式電火花加工脈沖電源的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略、輸出電壓電流特性以及加工性能，總結(jié)保證加工穩(wěn)定性的節(jié)能式電火花加工脈沖電源主電路拓?fù)浼翱刂齐娐贩桨?，提出了一種由放電電流閉環(huán)控制子電路和續(xù)流電流閉環(huán)控制子電路構(gòu)成的新型電流型 PWM控制節(jié)能式電火花加工脈沖電源，建立了電流閉環(huán)PID控制與加工時(shí)序控制相結(jié)合的控制策略，并采用功率器件IGBT研制實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，通過初步的工藝實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想。
　　在分

3、析逆變式和電流型兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的節(jié)能式電火花加工脈沖電源優(yōu)缺點(diǎn)以及總結(jié)電流型 PWM控制節(jié)能式電火花加工脈沖電源設(shè)計(jì)工作和工藝實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，針對(duì)目前節(jié)能電源設(shè)計(jì)存在的功率因數(shù)和效率等問題，運(yùn)用功率因數(shù)校正和軟開關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于單相有源功率因數(shù)校正器、放電電流閉環(huán)控制全橋移相軟開關(guān)電路和加工脈沖發(fā)生器三級(jí)串聯(lián)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新型高效節(jié)能脈沖電源。單相有源功率因數(shù)校正器的設(shè)計(jì)顯著改善了電源系統(tǒng)的功率因數(shù)。全橋移相軟開關(guān)電路的設(shè)計(jì)顯著提高了電源系

4、統(tǒng)的功率密度。加工脈沖發(fā)生器解決了放電電流拖尾的問題。該脈沖電源兼有逆變式節(jié)能脈沖電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和電流型 PWM控制節(jié)能式脈沖電源的無加工電流拖尾、加工穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。
　　電流型PWM控制節(jié)能式電火花加工脈沖電源和三級(jí)串聯(lián)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新型高效節(jié)能脈沖電源都可以實(shí)現(xiàn)峰值電流、脈寬、脈間三者獨(dú)立可調(diào)的脈沖電流輸出。
　　電源設(shè)計(jì)過程中采用仿真技術(shù)指導(dǎo)電源設(shè)計(jì)實(shí)踐，運(yùn)用“狀態(tài)空間平均法”建立 PWM控制節(jié)能電火花加工脈沖電源的等

5、效電路模型和傳遞函數(shù)模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)電源系統(tǒng)建模，對(duì)脈沖電源輸出電流的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，進(jìn)一步建立脈沖電源的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)模型和PID控制器，對(duì)脈沖電源的輸出電流的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行校正，進(jìn)而運(yùn)用大信號(hào)分析法，研究脈沖電源在多種不定狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)的過渡過程的輸出電流特性。
　　采用功率器件MOSFET研制了三級(jí)串聯(lián)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新型高效節(jié)能脈沖電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。在MD23型電火花成型加工機(jī)上對(duì)三級(jí)串聯(lián)型電火花

6、加工脈沖電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行輸入輸出特性的測(cè)試、電能效率測(cè)算以及在相同工藝條件下于傳統(tǒng)電源的多組效率對(duì)比實(shí)驗(yàn)和一組“三合一”工藝指標(biāo)驗(yàn)證對(duì)比實(shí)驗(yàn)。輸出特性的測(cè)試和電能效率測(cè)算驗(yàn)證了該節(jié)能電源的功率因數(shù)可達(dá)到0.95，電能利用率可達(dá)70%左右。效率對(duì)比和“三合一”工藝指標(biāo)驗(yàn)證對(duì)比實(shí)驗(yàn)在考察了該節(jié)能電源加工穩(wěn)定性和加工性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了基于電感限流閉環(huán)控制技術(shù)的節(jié)能電源在提高加工速度、降低電極損耗、提高加工工件質(zhì)量等加工性能方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，完