一种数控短电弧直流叠加脉冲电源制造技术

本实用新型专利技术公开了一种数控短电弧直流叠加脉冲电源，包括两个回路，第一回路包括一级调制单元及与该一级调制单元相连接的二级调制单元，一级调制单元包括依次连接的全桥逆变电路、高频变压电路和次级整流滤波电路,二级调制单元包括均流斩波电路，第二回路包括三级调制单元，三级调制单元与一级调制单元结构相同，本实用新型专利技术数控短电弧直流叠加脉冲电源能实现对输出脉冲幅值、基波幅值、频率、占空比的调节,并且能对输出频率参数、幅值参数、占空比参数、波形参数进行连续调节,以达到对不同加工条件的需求,而且整机具有体积小、重量轻、效率高等优点，易于实现，成本低，利于广泛推广应用，特别适用于短电弧、电火花等各种加工应用。

【技术实现步骤摘要】
一种数控短电弧直流叠加脉冲电源
本技术涉及电源
，具体是一种数控短电弧直流叠加脉冲电源。
技术介绍
短电弧铣削加工技术对高强度、超硬材料的加工具有高效率、优质的表面加工质量等特性得到了广泛的应用。传统短电弧机床所使用的稳压式脉冲加工电源是无基波的脉冲调制电源，此类电源具有两级调制电路，能够实现输出脉冲电压的幅值、频率、占空比连续可调的功能。随着短电弧铣削加工技术的发展，此类电源已不能很好的满足加工需求。根据实际短电弧铣削加工系统及电弧放电原理，分析电参数与加工效率的关系，构建出高效节能短电弧加工脉冲电源总体方案，设计了数控短电弧直流叠加脉冲电源主电路拓扑。该方案主体保留了逆变式结构，摒弃传统的输入级采用工频变压器的缺点，整机体积和重量相对较小，输出波形可调，且较以往脉冲电源输出类型更加全面。但是由于该电源主体由两套逆变结构组成，工作时噪音和电源的散热缺陷较为明显，加工中不可动态调节参数。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种数控短电弧直流叠加脉冲电源，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种数控短电弧直流叠加脉冲电源，包括两个回路，第一回路包括一级调制单元及与该一级调制单元相连接的二级调制单元，一级调制单元包括依次连接的全桥逆变电路、高频变压电路和次级整流滤波电路,二级调制单元包括均流斩波电路，第二回路包括三级调制单元，三级调制单元与一级调制单元结构相同，全桥逆变电路包括由8个IGBT组成的2组全桥逆变电路、隔直电容以及每个IGBT所对应的软开关电路，隔直电容连接在所述桥式逆变电路的直流母线上形成一母线电压缓冲型缓冲电路，软开关电路与每个IGBT并联，所述高频变压电路包括：高频变压器及一与该高频变压器相连，并能隔离该高频变压器初级的直流分量的电容，次级整流滤波电路包括：肖特二极管、稳流电感和铝电解储能电容；所述肖特二极管与所述稳流电感一端相连接，该稳流电感另一端与所述铝电解储能电容一端相连接，该铝电解储能电容另一端与所述高频变压器相连接，均流斩波电路由四个相并联的大功率开关管组成，还包括与两个回路相连接的输出电路、寄生电感和续流二极管，所述寄生电感一端与输出电路的正极相连接，该输出电路的负极通过续流二极管与所述寄生电感的另一端相连接，还包括与一级调制单元、二级调制单元和三级调制单元相连接并且用于控制其动作的控制板，控制板上还连接有数控面板以及二级控制板。作为本技术的进一步方案：所述高频变压器的磁芯采用软磁铁氧体材料制成。作为本技术的进一步方案：还包括主体电路，主体电路包括三相不可控整流模块、EMI滤波电路、输入软启动电路、风冷系统和辅助电源系统，EMI滤波电路和滤波电感L7、L8在电源入口处与市电相连，市电进入电源后经过空开和三相不可控整流模块相连，EMI滤波电路与全桥逆变电路相连接。作为本技术的进一步方案：所述控制板采用STM32F103系列高速单片机，所述二级控制板为移相集成控制芯片UC3895，数控面板为PLC。作为本技术的进一步方案：还包括工滤波电路、输入软启动电路、风冷系统和辅助电源系统。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术数控短电弧直流叠加脉冲电源能实现对输出脉冲幅值、基波幅值、频率、占空比的调节,并且能对输出频率参数、幅值参数、占空比参数、波形参数进行连续调节,以达到对不同加工条件的需求,而且整机具有体积小、重量轻、效率高等优点，易于实现，成本低，利于广泛推广应用，特别适用于短电弧、电火花等各种加工应用。附图说明图1为数控短电弧直流叠加脉冲电源功能结构框图；图2为数控短电弧直流叠加脉冲电源主电路拓扑图；图3为数控短电弧直流叠加脉冲电源总体原理图；图4为单相电压型移相全桥逆变拓扑原理图；图5为高效节能短电弧铣削加工脉冲电源的第一种输出波形如图；图6为高效节能短电弧铣削加工脉冲电源的第二种输出波形如图；图7为高效节能短电弧铣削加工脉冲电源的第三种输出波形如图；图8为主电路拓扑第一种简化电路图；图9为主电路拓扑第二种简化电路图；图10为输入整流滤波电路原理图；图11为后级斩波电路工作示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1-2，实施例1：本技术实施例中，一种数控短电弧直流叠加脉冲电源，该电源有两个回路：第一回路包括一级调制单元及与该一级调制单元相连接的二级调制单元,一级调制单元包括依次连接的全桥逆变电路、高频变压电路和次级整流滤波电路,二级调制单元包括均流斩波电路。第二回路包括三级调制单元，三级调制单元包括全桥逆变电路、高频变压电路和次级整流滤波电路。该电源次级整流滤波电路包括肖特二极管D1、D2、D4、D5，滤波电感L3、L6和大容量铝电解储能电容C9、C18，所述肖特二极管D1、D2分别与所述稳流电感L3一端相连接,该稳流电感另一端与所述电容C9相连；所述肖特二极管D4、D5分别与所述稳流电感L6一端相连接,该稳流电感另一端与所述电容C18相连。其中脉冲结构中均流斩波电路，每个斩波电路由四个MOSFET相并联的组成。输出电路中续流二极管D3、D6防止电源受外电路的反向电压时损坏电源。主体电路主要包括三相不可控整流模块、EMI滤波电路、输入软启动电路、风冷系统和辅助电源系统。EMI滤波电路和滤波电感L7、L8在电源入口处与市电相连，市电进入电源后经过空开和三相不可控整流模块相连，前级滤波电容与全桥逆变电路相连接；与一级调制单元和二级调制单元相连接的驱动电路、控制板核心为单片机为STM32F103系列高速单片机和移相集成控制芯片UC3895。全桥逆变电路有两组，每组包括4个IGBT。每组逆变电路都有一个隔直电容(C8和C17)连接在所述桥式逆变电路的直流母线上形成一母线电压缓冲型缓冲电路。高频变压电路包括高频变压器及一个能够隔离该高频变压器初级的直流分量的电容，高频变压器的磁芯采用软磁铁氧体材料制成。实施例2：在实施例1的基础上，单相电压型移相全桥逆变拓扑原理如图4所示。可以将单相电压型全桥逆变拓扑看作由两个半桥组合而成，共有四个桥臂，斜对角的两个晶体管(V1和V4或V2和V3)组成两对桥臂，同一对桥臂上的晶体管同时导通，两对桥臂间各交替导通半个周期，如果忽略晶体管上的导通压降，则施加到变压器的初级电压是幅值为Vdc、宽度为Ton的交变方波。该拓扑输出为Vout，其值的大小可通过调节Ton值确定，通过反馈环路对输出电压Vout幅值检测，并用于脉宽Ton的调制，可以实现输出电压稳压调节。移相PWM控制方式是谐振变换技术与常规PWM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控短电弧直流叠加脉冲电源，包括两个回路，其特征在于，第一回路包括一级调制单元及与该一级调制单元相连接的二级调制单元，一级调制单元包括依次连接的全桥逆变电路、高频变压电路和次级整流滤波电路,二级调制单元包括均流斩波电路，第二回路包括三级调制单元，三级调制单元与一级调制单元结构相同，全桥逆变电路包括由8个IGBT组成的2组全桥逆变电路、隔直电容以及每个IGBT所对应的软开关电路，隔直电容连接在所述桥式逆变电路的直流母线上形成一母线电压缓冲型缓冲电路，软开关电路与每个IGBT并联，所述高频变压电路包括：高频变压器及一与该高频变压器相连，并能隔离该高频变压器初级的直流分量的电容，次级整流滤波电路包括：肖特二极管、稳流电感和铝电解储能电容；所述肖特二极管与所述稳流电感一端相连接，该稳流电感另一端与所述铝电解储能电容一端相连接，该铝电解储能电容另一端与所述高频变压器相连接，均流斩波电路由四个相并联的大功率开关管组成，还包括与两个回路相连接的输出电路、寄生电感和续流二极管，所述寄生电感一端与输出电路的正极相连接，该输出电路的负极通过续流二极管与所述寄生电感的另一端相连接，还包括与一级调制单元、二级调制单元和三级调制单元相连接并且用于控制其动作的控制板，控制板上还连接有数控面板以及二级控制板。/n...

【技术特征摘要】
1.一种数控短电弧直流叠加脉冲电源，包括两个回路，其特征在于，第一回路包括一级调制单元及与该一级调制单元相连接的二级调制单元，一级调制单元包括依次连接的全桥逆变电路、高频变压电路和次级整流滤波电路,二级调制单元包括均流斩波电路，第二回路包括三级调制单元，三级调制单元与一级调制单元结构相同，全桥逆变电路包括由8个IGBT组成的2组全桥逆变电路、隔直电容以及每个IGBT所对应的软开关电路，隔直电容连接在所述桥式逆变电路的直流母线上形成一母线电压缓冲型缓冲电路，软开关电路与每个IGBT并联，所述高频变压电路包括：高频变压器及一与该高频变压器相连，并能隔离该高频变压器初级的直流分量的电容，次级整流滤波电路包括：肖特二极管、稳流电感和铝电解储能电容；所述肖特二极管与所述稳流电感一端相连接，该稳流电感另一端与所述铝电解储能电容一端相连接，该铝电解储能电容另一端与所述高频变压器相连接，均流斩波电路由四个相并联的大功率开关管组成，还包括与两个回路相连接的输出电路、寄生电感和续流二极管，所述寄生电感一端与输出电路的正极相连接，该输出电路的负极通过续流二极管与所述寄生电感的另...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建平，宋丹，王恪典，陈小康，王帅帅，刘凯，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：新型
国别省市：新疆;65