節(jié)能式電火花加工脈沖電源及其相關技術研究.pdf

1、電火花加工系統(tǒng)作為一個典型的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%的功率因數等缺點，而現(xiàn)代電力電子技術的成熟和發(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域研究中一個重要而且緊迫的

2、課題。
　　本文詳細分析現(xiàn)有的節(jié)能式電火花加工脈沖電源的主電路拓撲結構、控制策略、輸出電壓電流特性以及加工性能，總結保證加工穩(wěn)定性的節(jié)能式電火花加工脈沖電源主電路拓撲及控制電路方案，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控制與加工時序控制相結合的控制策略，并采用功率器件IGBT研制實驗樣機，通過初步的工藝實驗驗證設計思想。
　　在分

3、析逆變式和電流型兩種拓撲結構的節(jié)能式電火花加工脈沖電源優(yōu)缺點以及總結電流型 PWM控制節(jié)能式電火花加工脈沖電源設計工作和工藝實驗基礎上，針對目前節(jié)能電源設計存在的功率因數和效率等問題，運用功率因數校正和軟開關技術，設計了基于單相有源功率因數校正器、放電電流閉環(huán)控制全橋移相軟開關電路和加工脈沖發(fā)生器三級串聯(lián)電路拓撲結構的新型高效節(jié)能脈沖電源。單相有源功率因數校正器的設計顯著改善了電源系統(tǒng)的功率因數。全橋移相軟開關電路的設計顯著提高了電源系

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)能脈沖電源結構簡單和電流型 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。
　　電流型PWM控制節(jié)能式電火花加工脈沖電源和三級串聯(lián)電路拓撲結構的新型高效節(jié)能脈沖電源都可以實現(xiàn)峰值電流、脈寬、脈間三者獨立可調的脈沖電流輸出。
　　電源設計過程中采用仿真技術指導電源設計實踐，運用“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模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件對電源系統(tǒng)建模，對脈沖電源輸出電流的動態(tài)特性進行分析，進一步建立脈沖電源的閉環(huán)控制結構模型和PID控制器，對脈沖電源的輸出電流的動態(tài)特性進行校正，進而運用大信號分析法，研究脈沖電源在多種不定狀態(tài)之間轉換時的過渡過程的輸出電流特性。
　　采用功率器件MOSFET研制了三級串聯(lián)電路拓撲結構的新型高效節(jié)能脈沖電源實驗樣機。在MD23型電火花成型加工機上對三級串聯(lián)型電火花

6、加工脈沖電源實驗樣機進行輸入輸出特性的測試、電能效率測算以及在相同工藝條件下于傳統(tǒng)電源的多組效率對比實驗和一組“三合一”工藝指標驗證對比實驗。輸出特性的測試和電能效率測算驗證了該節(jié)能電源的功率因數可達到0.95，電能利用率可達70%左右。效率對比和“三合一”工藝指標驗證對比實驗在考察了該節(jié)能電源加工穩(wěn)定性和加工性能，實驗結果證明了基于電感限流閉環(huán)控制技術的節(jié)能電源在提高加工速度、降低電極損耗、提高加工工件質量等加工性能方面的技術優(yōu)勢，完