多功能数控脉冲电源制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多功能数控脉冲电源，其包括全桥逆变电路、高频变压电路、次级整流滤波电路、均流斩波电路、EMI滤波电路、输入软启动电路、风冷系统和辅助电源系统。本实用新型专利技术多功能数控脉冲电源能实现对输出脉冲幅值、频率、占空比、波形的调节，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。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及脉冲调频电源
，具体涉及一种多功能数控脉冲电源。
技术介绍
短电弧切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。目前短电弧机床所使用的脉冲加工电源的常用实现方式有斩波式和逆变式两种。斩波式脉冲电源输入级一般采用工频变压器降压，再整流滤波后经斩波电路变换成脉冲电流。该方案结构简单，成本较低，但输入级使用工频变压器，这大大增加了整机电源的体积、损耗，使得电源效率较低。而逆变式脉冲电源采用直流开关逆变技术，其中使用高频变压器使得整机体积、重量较小，效率以及功率因素大大提高，克服了斩波式脉冲电源中使用工频变压器的缺点。但是，逆变式脉冲电源也有不足之处，在许多生产过程中常常需要脉冲电源提供可调的脉冲频率、占空比、输出波形等参数以满足不同的加工条件，而逆变式脉冲电源则不能实现以上功能，它只能对脉冲幅值进行适当的调节。
技术实现思路
针对上述不足，本技术目的在于，提供一种高效、高功率因数、低直流纹波系数的脉冲输出，并且能对输出参数(频率、幅值、占空比、波形)进行连续调节，以达到对不同加工条件的需求，适用于短电弧的各种加工条件的多功能数控脉冲电源。本技术为实现上述目的，所提供的技术方案是:一种多功能数控脉冲电源，其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，所述一级调制·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，所述二级调制单元包括均流斩波电路。作为本技术的一种改进，所述全桥逆变电路包括由4个IGBT组成的桥式逆变电路和母线电压缓冲电容C2 C3，该母线电压缓冲电容C2 C3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。作为本技术的一种改进，所述高频变压电路包括一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C4。作为本技术的一种改进，所述高频变压器的磁芯采用软磁铁氧体材料制成。作为本技术的一种改进，所述次级整流滤波电路包括肖特二极管Dl D2、稳流电感LI和大容量铝电解储能电容C5，所述肖特二极管Dl和肖特二极管D2分别与所述稳流电感LI 一端相连接,该稳流电感LI另一端与所述电容C5 —端相连接,该电容C5另一端与所述高频变压器相连接。作为本技术的一种改进，所述均流斩波电路由四个相并联的MOSFET组成。作为本技术的一种改进，其还包括三相不控整流模块，该三相不控整流模块与所述全桥逆变电路相连接。作为本技术的一种改进，其还包括与一级调制单元和二级调制单元相连接的驱动电路、控制板和单片机。作为本技术的一种改进，所述单片机为16位高速单片机ARM7，所述控制板为移相集成控制芯片UC3879。作为本技术的一种改进，其还包括输出电路、寄生电感Lr和续流二极管D3，所述寄生电感Lr 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D3与所述寄生电感Lr的另一端相连接。作为本技术的一种改进，其还包括EMI滤波电路、输入软启动电路、风冷系统、辅助电源系统。本技术的有益效果为:本技术多功能数控脉冲电源采用逆变式和斩波式脉冲电源相结合，完成两级调制的数控脉冲调频电源，前级采用逆变式结构，后级采用斩波式结构。该脉冲电源不仅能实现对输出脉冲幅值、频率、占空比、波形的调节，以达到对不同加工条件的需求，适用于短电弧的各种加工条件，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。附图说明图1为本技术的功能结构框图。图2为本技术的主电路拓扑。图3为本技术的总体原理图。具体实施方式实施例:参见图1至图3，本实施例提供的一种多功能数控脉冲电源，其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，所述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，所述二级调制单元包括均流斩波电路。所述全桥逆变电路包括由4个IGBT组成的桥式逆变电路和母线电压缓冲电容C2 C3，该母线电压缓冲电容C2 C3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。Ql Q4为四个IGBT组成的桥式逆变电路，将前级的高压直流电变换为正负对称的方波脉冲交流电。电路采用移相PWM控制方式，其基本原理是每个桥臂的两个开关管180度互补导通，两个桥臂的导通之间相差一个相位，即移相角。通过调节此移相角的大小，来调节输出电压脉冲宽度，在变压器副边得到占空比可调的正负半周对称的交流方波电压，达到调节输出电压的目的。全桥逆变结构采用ZVS PWM软开关变换技术，利用功率管寄生电容或外接电容与高频变压器原边漏感或外接电感的谐振来实现功率管的零电压通断，这样可有效消除开光管的电压应力，增加功率器件的使用寿命。C2、C3分别是前后桥臂的母线电压缓冲电容，它直接接于IGBT逆变器的直流母线上，构成母线电压缓冲型缓冲电路，能有效抑制由直流母线的寄生电感引起的尖峰电压，但没有直接转移IGBT开关应力的作用。所述高频变压电路包括一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C4。所述高频变压器的磁芯采用软磁铁氧体材料制成。该材料特点显著，具有饱和磁通密度高，剩余磁感应强度低，磁滞损耗和涡流损耗小等优点。另夕卜，高频变压器的磁饱和抑制也是变压器设计的一项重要内容，本电源选用两个ECO公司的800V 20uF电解电容并联后串于变压器初级绕组上，以抑制电压器的偏磁现象，试验证明效果明显。高频变压器输出次级整流滤波电路采用全波整流，每路整流器件采用多个肖特二极管并联，其作用也是起到分流，降低单个二极管的载流能力，提高输出功率。此处二极管并联分流与上一段提到MOSFET并联分流具有同样的问题，那就是均流的效果，电流分流不均衡将导致某个功率管过热损坏。因此，将功率管均匀分布于同一扇热板上，使其工作于同样的温度环境下，这样可达到较好的均流特性，对电源的性能也具有积极的作用。参见图2，Tr是一高频变压器，完成电源前后级的隔离与变压功能。C4为隔直电流，由于逆变器输出两端伏秒值因各种原因不等而造成的变压器偏磁现象，导致电源不能正常工作，C4可以隔离变压器初级的直流分量，从而有效避免变压器的偏磁现象。所述次级整流滤波电路包括肖特二极管Dl D2、稳流电感LI和大容量铝电解储能电容C5，所述肖特二极管Dl和肖特二极管D2分别与所述稳流电感LI 一端相连接，该稳流电感LI另一端与所述电容C5 —端相连接，该电容C5另一端与所述高频变压器相连接。参见图2，Dl、D2为二次整流肖特二极管，由它组成次级整流滤波电路，由于输出回路的大电流特性，整流二极管采用多个并联，起到均流的作用，从而提高脉冲电源的输出功率。L1、C5分别是稳流电感和大容量铝电解储能电容，它们既可以起到平缓电流的作用，也可以为斩波电路提供持续的供电能力。所述均流斩波电路由四个相并联的MOSFET组成。参见图2，Tl T4为四个场效应管MOSFET并联组成的均流斩波电路，该均流斩波电路功能是提供频率、占空比可调脉冲电流。并联作用同肖特二极管相同，并联均流以减少单个二极管的载流量，提高电源输出功率。该模块功能是提供频率、占空比可调脉冲电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能数控脉冲电源，其特征在于，其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，所述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，所述二级调制单元包括均流斩波电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周建平，梁楚华，章翔峰，何强，姜宏，许燕，操窘，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：实用新型
国别省市：