高效节能电火花加工脉冲电源的研究进展

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1、综述·专稿《电加工与模具》.##/年第9期高效节能电火花加工脉冲电源的研究进展宋博岩王玉魁赵万生（哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨!"###!）摘要：高效节能电火花加工脉冲电源采用储能元件———电感替代限流电阻，采用开关稳流电路和电流闭环$%&控制技术，实现了脉冲电源输出电压和放电电流的控制，大幅度提高了脉冲电源的电能利用率。关键词：电火花加工；脉冲电源；高效节能；开关稳流电路；$%&控制高效节能电火花加工脉冲电源是电火花加工领成形机的标准配置3$!脉冲电源，在保持了优良域中一个重要的研究课题。目前由新颖多样的主回加工性能的基础上，又大幅度降低了电能的消耗，电路、高效快速的功率开关管、

2、监控功能完备的专用集能利用率接近1#+（图!）。成芯片等构建的新型结构脉冲电源层出不穷。脉冲电源性能的提高和功能的拓展，不仅显著提高了电火花加工的多项性能指标，在某些应用上甚至改变了传统电火花加工工艺，使一些新兴的电火花加工工艺得到应用，新型材料的电火花加工方法得到确立。这其中孕育了节能化和绿色化的发展趋势。纵观脉冲电源的发展历程，在主回路基本形式上可分成’个阶段。从最初的不可控()或(*)图!电能利用率对比非独立式脉冲电源发展到直流电压源、功率开关管、限流电阻、加工间隙相串联的可与加工间隙之间进.几种典型电路结构的节能脉冲电源行导通、截断控制的独立式脉冲电源，再发展到目前日本沙迪

3、克公司开发研制的节能式电火花加工的高效节能型脉冲电源。从电流开环控制式到电流脉冲电源，其电路结构和控制策略如图.所示。图闭环控制式的根本转变，大大提高了脉冲电源的电中所示的电源为电压源、功率管、电感、加工间隙相能利用率，大幅度降低了脉冲电源的重量、体积和成串联的降压型45)6开关电路形式，由于电路中使本，在设计思想和经济效益上都是一次巨大的飞跃。用了电感，所以又包含了由7和8组成的电感续.!流支路。图中比较器的作用就是控制电感电流的大!高效节能脉冲电源的电能利用率大幅度小。当电感电流大于设定上限值时关断7，电感储提高!能释放，电感电流下降。当电感电流小于设定下在电火花加工技术发展前

4、期，由于以追求加工性能、完善加工工艺为第一目标，同时也受到电源技术的制约，电能利用率一般低于’#+的脉冲电源仍被广泛使用。现代制造技术的激烈竞争使电火花加工脉冲电源电能利用率低的弊端日益突出，全新主回路结构和放电电流闭环控制的节能式脉冲电源，正在迅速取代传统式脉冲电源。日本三菱电机公司生产的,-系列数控电火花收稿日期：.##/0#10#2第一作者简介：宋博岩，男，!21#年生，副教授。图.45)6型电火花加工脉冲电源原理图—!—《电加工与模具》&--’年第.期综述·专稿限值时开通!，电感储能增加，电感电流上升。由脉冲驱动功率管实现了加工电压的输出控制和近似"此电感电流被控制在设定上

5、限值和设定下限值之间方波形式的放电电流输出。单端正激式脉冲电源是而呈现锯齿纹波形式。另外，为了解决放电电流上采用开关稳流电路和脉宽调制（*+,）电流闭环控升速度和纹波大小之间的矛盾，在主回路滤波电感制方式实现电火花加工电压电流波形控制的典型电两端并联一只功率管!，在放电初期开通!，将电路和控制策略。##感$短路，大大缩短电流上升时间，在放电电流达图)是哈尔滨工业大学特种加工及机电控制研"到设定值后，又关断功率管!，将电感接入到主回究所在&--"年研制的*+,控制节能式电火花加#路中，以此降低电流的纹波。这个电路，仍然使用电工脉冲电源。与放电间隙并联两个供电回路：一个阻%和电感$共同

6、限流，节能效果受到影响，而且为传统式脉冲电源电路形式的高压脉冲回路，另一&"整个电路中功率开关器件较多，控制电路复杂，功率个为串联型开关稳流电路形式的低压脉冲回路，电器件的损耗增加，也影响到电能利用率的提高。感$"的电感电流是电流闭环控制系统的被控量，由瑞士洛迦诺电子股份有限公司设计的电流闭环*+,控制机制实现峰值电流、脉冲宽度、多种结构的节能式电火花加工脉冲电源如图#所示，由至少两个并联于加工间隙的相同的反激开关电路构成，直流电源在开关管导通后向脉冲变压器初级侧供电，在开关管关断后，脉冲变压器的次级向加工间隙输出窄脉冲电流。多个并联电路分时输出电流，放电电流是各个并联电路的输出电

7、流之和。图)*+,控制节能式电火花加工脉冲电源原理图脉冲间隔可调的脉冲电流输出。在进入脉间阶段时，关断功率管!&，使节能式脉冲电源具备独立式电气特性，消除拖尾电流。图.是日本富山大学研制的在第"#届国际电加工会议上发表的无电阻节能脉冲电源。该电源由两路完全相同的开关电路组成，其中每个开关电路包括图#多路并联电火花加工脉冲电源原理图"个电压源、"个线圈、&个开关图’为哈尔滨工业大学特种加工及机电控制研管、#个二极管，不包含电阻。同一开关电路中&个究所于"(()年研制开发