Генератор импульсов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1657 (s>)s " 23 Н 1/02

Р: r 1, 0533id

Щ .:,-,1ЧКЕИЛ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4366727/21 (22) 27.01.88 (46) 23.06.91. Вюл. !"- 23 (75) В.С„ Тарасов (53) 627,373(088.8) (56) Генераторы импульсов. — !.: 1нергия, 1970, с.175, рис.8-6.

Гордеева П.Г., Поляков И.П., Румянцева I!.П., Синенко В.В., Прушкина И.П. Иощный магнитно-тиристорный генератор импульсов / Приборы и техника эксперимента, !" 5, 1980, с. 118-119. (54) 1:HFPATOP И!!ПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к импульсной технике1 в частности к источникам импульсных токов для осуществления электроэрозионной обработки и легирования, может быть использовано при построении генераторов импульсов

Изобретение относится к импульсной технике, в частности кисточникам импульсных токов для осуществления электроэрозионной обработки и-легирования, может быть использовано при построении генераторов импульсов электроэрозиопных станков и установок для электроэрозиопного легирования. ! (еьлю изобретения является уменьшение массы и габаритов, в частности,при использовании для электроэрозионной обработки, а также расширение диапазона частот и длительностей импульсов. электроэрозионных станков и установок для электроэрозиоппого легирования. Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов при использовании в электроэрозионной обработке, а также расширение диапазона частот и длительностей импульсов. Генератор импульсов содержит формирующую линию 1, коммутатор 2, блок 3 управления, источник 4 постоянного папряжения, накопитель 5, зарядный коммутатор 6, выполненный на широтно-импульсном модуляторе, обмотки 7 и 10 трансформатора 8 с сердечником 9. Введение выпрямителя 11 и обмоток 12 и

13 трансформатора 8 позволило путем протекания при заряде и разряде по обмотке 12 токов в противоположных направлениях обеспечить размагничивание сердечника 9 и тем снизить массу и габариты, 2 ил, На фиг.1 представлена электрическая принципиальная схема устройства; на. фиг. = — конструкция трансформатора .

Генератор импульсов содержит формирующую линию 1, разрядный коммутатор 2, блок 3 управления и после" довательно соединенные источник 4 постоянного напряжения, накопитель 5, .зарядный коммутатор 6, выполненный на широтно-импульсном модуляторе, первую обмотку 7 трансформатора 8 с сердечником 9 индуктивно связанHvlo с второй обмоткой 10 трансфор16 >7300 матора 8, при этом выход блока 3 управления соединен с входом широтноимпульсного модулятора, выпрямитель

11 и третью и четнертую обмотк11 12>

13 трансформатора 8. Вторая oOMQT ка 10 подсоединена через последовательно соединенные выпрямитель 11, формирующую линию 1, третью обмотку 12 трансформатора к входу разрядного коммутатора 2, выход которого подключен к выходу выпрямителя 11, выход и управляющий вход разрядного коммутатора 2 соединены соответственно с входом и вторым выходoM 15 блока 3 управления, четвертая обмотка 13 траЪМорм11тора 8 подключена к электроэроэио1111ому промежутку 14, сердечник 9 трансформатора 8 ныполнен с замкнутой полостью, внутри

20 и вдоль которой расположены витки первой и второй обмоток 7, 10 трансформатора 8, перпендикулярно котоpblM снаружи помещены третья и четвертая обмотки 12, 13. Сердечник 9 выполнен в виде полого тора, состоящего из днух одинаковых створок, прилегаюг1их одна к другой с зазором н плоскости тора. "1етнертая обмотка 13 выполнена н ниде объемного нитка и охватывает третью обмотку 10, причем сердечник 9 трансформатора

8 может быть из магнитно-изотропного материала, например феррита. 1 ормирующая линия 1 может быть ныполне35 на с возможностью регулирования параметрон импульсов переключением секций н зависимости от требонаний

TexIloxrnI.I»I apnaIIo1IIIoII обработки к длит ельllостн ll крутизне фроllтов ии 40 пульсов технологического тока„

Выпрямитель 11 подключен через последовательные зарядшп1 дроссель и обмотку 12 к линии 1. Второй выход вь1прямителя 11 подключен через после- 4S довательные разрядньп коммутатор 2 и обмотку 12 к линии 1, образуя разрядньп контур.

В качестве разрядного коммутатора может быть использован высокочастот50 ный импульсный тиристор.

К обмотке 13 подключены электроды искрового разрядника, образующие эрозионньп1 промежуток.

Блок 3 своим управляющим выходом

55 связан с модулятором 6 с обеспечением гальванической развязки (например оптронами). При выполнении модулятора 6 для подачи н обмотку 7 однополярньн: импульсов, что упрощает модулятор 6, в сердечнике 9 необходим немагнитный зазор, препятствующий насыщению сердечника от намагничивания его н одном направлении. Немагнитный зазор может быть образован прокладкой

15 в виде тонкого кольца, расположенной MQ7gl,ó прилегающими одна к другой двумя одинаковыми створками, образуюг1ими сердечник 9,.

Обмотка 7 и обмотка 10 могут быть помещены в чехлы 16, выполненные в виде кольцевых оснований,по периферии которых расположены гибкие сводчатые гофры, замыкающиеся своими свободными концами при сжатии их нишами створок магнитопронода. Благодаря высоким диэлектрическим свойствам феррита сердечника 9 и максимальному расстоянию между местами сочленения краев гофров по внутренней поверхности нищ створок изоляции между обмотками 7 и 10 практичес::и определяется удвоенной толщиной стенки кольцевого основания. Такая изоляция обеспечивает надежную гальваническую развязку питающей сети от общего провода генератора и повышенную безопасность работы н производственных условиях.

Створки сердечника 9 могут стягиваться изоляцией 17, состоящей из обмотанной вокруг сечения тора фторопластоной ленты с клеевым слоем. Поскольку сечение тора представляет собой круг, то возможно равномерно распределить усилие натяжения изоляции при намотке (например, по сравнению с 11рямоугольным профилем сечения), что понышает качество изоляции и допускает уменьшение ее толщины при прочих равных условиях. Намотка изоляции 17 одновременно с равномерной по длине тора стяжкой створок сердечника 9, подготавливает его поверхность к намотке обмотки 12 (повреждение витков обмотки 12 краями зазора сердечника 9 исключена), Обмотка 12 может быть охвачена с двух сторон электропроводными (например медными) створками, соединенными с обеспечением электрического контакта по периферии пайкой (на фиг.2 слева от оси тороида) нли винтами (справа),образуюгн1ми объемный виток обмотки 13. Сочленение створок витка обмотки 10 по перпфер11и обеспечивает надежныи электрический контакт и сеивания, так и малые активные потери, что уменьшает искажение формы генерируемых импульсов тока и потери в рабочем контуре генератора.

Благодаря выполнению сердечника

9 тороидальным (без углов) обмотка 12 также полностью покрывает поверхность сердечника 9, что обеспечивает силь10 ную электромагнитную связь обмотки 12 с сердечником 9 и обмоткой 13, нагруженной иа эрозионный промежуток 14.

Это способствует передаче без искажений формы сформированного линией 1

15 импульса тока от обмотки 12 в разрядной цепи линии 1, в обмотку 10 и эрозионный промежуток 14. Изменяя до начала обработки переключением секций линии 1 длительность генерируемых импульсов в сторону уменьшения, можно существенно расширить диапазон генерируемых длительностей импульсов, т.е. расширить технологические возможности генератора, так как благода ря предложенному решению искажение формы импульсов существенно уменьшено. Формирование импульсов малой длительности позволяет настройкой блока 3 управления до начала обработки

30 повысить частоту следования импульсов технологического тока и этим при заданной мощности в эроэионной нагрузке повысить качество и производительность электроэрозиоиной обработки

35 и легироваиия °

Сердечник 9: в сечении полого тороида может иметь утолщенный к центру тора профиль, в результате магнитный материал сердечника 9 в генерато40 ре имеет постоянную электромагнитную нагрузку иа единицу его объема. Это позволяет установить при изготовлении генератора оптимальную величину перемагничивающего поля для данного

4S типа материала сердечника 9 и этим полностью использовать его воэможности, снижая массу и габариты генератора.

Расположение витков обмоток 7, 10, 0 и витков обмоток 12, 13 перпендикулярными в пространстве обеспечивает перемагничиваиие сердечника 9 в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

55 Это позволяет использовать объем магнитного материала трансформатора как в зарядной, так и разрядной цепях формирующей линии 1, использовать весь магнитный материал сердечника 1

1657300 малое омическое сопротивление витка, так как на периферии плотность тока в теле витка такая же, как и в центральной части, а площадь контактных поверхностей существенно больше, что

I снижает требования к переходному сопротивлению контакта. В рабочем диапазоне импульсных токов для электроэроэионного легирования 0,2...5 кЛ и электроэрозионной обработки

0,015...! кЛ, такое выполнение обмотки 10 обеспечивает ее упрощение, так как многовитковую обмотку на такой ток с малой индуктивиостью рассеивания изготовить затруднительно.

В то же время для применяемых в электроэрозиониой обработке длительностей импульсов технологического тока

0,8...600 мкс всегда возможно рассчитать сердечник и остальные обмотки иэ условия получения заданного по технологии обработки выходного напряжения на одном витке и выполнить его объемньм. Трансформатор 8 в целом также упрощен благодаря использованию этого объемного витка в качестве корпуса трансформатора, обеспечивающего герметичность и защиту обмоток от факторов электроэрозионного процесса. В центральной части верхней створки объемного витка обмотки 13 выполнено дно, в центре которого выполнен токопроводиый штырь

18. Нижняя створка также имеет дио, 1 на котором выполнен полый токопроводный цилиндр 19, расположенный соосно со штырем 18 и образующий с ним коаксиальиый токопровод. Центральная часть створок витка обмотки 10 и элементы 18 и 19 изолированы иа рабочее напряжение эрозиоииого промежутка сплошной изоляциеи (фторопластовой втулкой). Птырь 18, являющийся внутренней жилой коаксиального токопровода,и цилиндр 19, являющийся наружной хилой токопровода, соединены с электродами эрозионного промежутка

14. При этом собственная индуктивность рассеивания трансформатора 8 минимальна, так как электропроводные створки витка обмотки 10 полностью покрывают поверхность сердечника 9, переходя в сплошной коаксиальный токоподвод из элементов 18 и 19, непосредственно соединенных с электроэрозионной нагрузкой, Эта короткая цепь импульсов силового тока обеспечивает как малую индуктивность рас1657300

55 практически во все время работы генератора и применить один трансформатор 8 вместо двух, уменьшая массу и габариты генератора.

Генератор импульсов для электроэрозионной обработки работает следующим образом.

Источник 4 постоянного напряжения дает ток заряда накопителя 5 (выполненного в виде кощ енсатора), соглаживающего пульсации с частотой сети.

После заряда накопителя 5 модулятор 6 периодически подает в обмотку 7 импульсный однополярный (или двух олярньп в другом варианте выполнения) ток. Г1ирнна импульсов при этом автоматически регулируется модулятором 6 из условия поддержания в обмотке 7 постоянной усредненной за несколько периодов импульсов величины тока.

Протекая по обмотке 7, ток импульсов вызывает магнитный поток в сердечнике 9, направленный вокруг витков обмотки 7. Иагнитньп1 поток пересекает немагнитньп (немагнитные) зазор с прокладкой 15, исключающей насыщение сердечника 9. Сердечник 9 охватывает и витки обмотки 10, в обмотке 10 протекает ток, который выпрямляется выпрямителем 11. При этом двухполупериодное выпрямление позволяет выпрямлять ток и основного импульса, и ток от противоЭДС другой полярности, возникающий от электромагнитного рассеивания сердечника

9 с зазором в этом направлении.

Энергия трансформированного из обмотки 7 в обмотку 10 основного импульса и энергия, запасенная в течение этого импульса в индуктивности рассеивания трансформатора 8, поступает в формирующую линию 1, заряжая ее.

Зарядка линии 1 постоянным усредненным током позволяет уменьшить время заряда, повысив допустимую частоту следования генерируемых импульсов, С выхода выпрямителя 11 усредненное к данному моменту напряжение заряда линии 1 поступает на вход блока 3 управления. После достижения заданного до начала обработки напряжения заряда линии 1, определяемого необходимой энергией импульса по технологии обработки, блок 3 выключает модулятор 6, импульсы тока в обмотке 7 прекращаются. Затем им5

40 пульс запуска от блока 3 включает раэрядньп коммутатор ?. Ток разряда формирующей линии 1 протекает по цепи: линия 1, коммутатор 2, обмотка 12, линия 1. При этом происходит перемагничивание сердечника 9 в другом пространственном направлении и наведенный в обмотке 13 силовой ток технологического импульса протекает по цепи: обмотка 12, штырь 18, эрозионный промежуток 14, цилиндр 19, обмотка 13, производя электроэрозионную обработку.

После прохождения этого тока коммутатор 2 выключается (например, тиристор закрывается благодаря рассасыванию неосновных носителей на переходах в результате снижения прямого тока до величины тока удержания или при изменении полярности приложенного напряжения из † некоторого, в том числе и введенного специально, рассогласования формирующей линии),ток в эрозионном промежутке 14 между электродами разрядника прекращается, Затем блок 3 включает модулятор 6 и формирующая линия 1 заряжается от источника 4 постоянного напряжения.

Таким образом генератор формирует последовательность эрозионных импульсов в разряднике.

Воэможность в предлагаемом генераторе перемагничивания объема магнитного сердечника 9 и двух взаимнс1 перпендикулярных направлениях позволяет испольэовать его как во время заряда формирующей линии 1, так и во время разряда. Это позволяет применить один трансформатор 8 для силовой и импульсной цепей генератора, что уменьшает массу и габариты генератора.

В процессе заряда и разряда формирующей линии зарядный и разрядньпЪ токи протекают по обмотке 12 в противоположш х направлениях, что обеспечивает размагничивание сердечника 9 после прохождения разрядного импульса в этом направлении. Дополнительного немагнитного зазора в этом направлении не требуется, что позволяет обеспечить наибольшую магнитную связь сердечника 9 с обмотками

1 и 13 и значительно уменьшить искаэ жения формы прн передаче импульса тока от формирующей линии 1 к эрози-. онному промежутку 14. Зазор в другом

1 57ЮО пространс .твенном направлении не влияет на величину этой связи.

Выполнение обмотки 13 в виде объемного витка позволяет одновременно

5 экранировать электромагнитные цепи как зарядной цепи, так и разрядной цепи формирующей линии и этим исключить электромагнитное излучение высокой частоты в окружающее пространство. Это дополнительно упрощает генератор и снижает его вес и габариты, так как дополнительных раздельных экранов на силовой и импульсный трансформаторы не требуется, а объемный виток в то же время выполняет свою основную функцию — создание силового технологического тока в эрозионном промежутке разрядника, являясь корпусом трансформатора.

Выполнение зарядной и разрядной цепей формирующей линии с малыми индуктивностями рассеивания, а также объемного витка в виде створок, об— разующих в центральной своей части 25 коаксиальный токоподвод к эрозионному промежутку искрового разрядника, позволяет существенно расширить диапазоны генерируемых частот и длительностей импульсов и технологические возможности генератора при электроэрозионной обработке и легировании. Выполнение зазора в плоскости таранда позволяет испольэовать для образования сердечника одинаковые

35 створки, что упрощает изготовление ферритовых изделий и генератор в целом.

Ф о р и у л а и з о б р е т е н и я

1. Генератор импульсов, содержащий формирующую линию, разрядный коммутатор, блок управления и последовательно соединенные источник погтоянного напряжения, накопитель, зарядный коммутатор, выполненный на. широтно-импульсном модуляторе, первую обмотку трансформатора с сердечником, индуктивно связанную со второй обмоткой трансформатора, выход блока управления соединен с входом широтно-импульсного модулятора, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов при использовании для электроэрозионной обработки, а также расширения диапазона частот и длительностей импульсов, в пего введены выпрямитель, третья и четвертая обмотки трансформатора, вторая обмотка трансформатора подсоедипена через последовательно соединенные выпрямитель, формирующую линию, третью обмотку ко входу разрядного коммутатора, выход которого подключен к выходу выпрямителя, выход и управляющий вход разрядного коммутатора соединены соответственно со входом и вторым выходом блока управления, четвертая обмотка трансформатора подключена к первому и второму электродам электроэрозионного промежутка, сердечник трансформатора выполнен с замкнутой полостью, внутри и вдоль которой расположены витки первой и второй обмоток трансформатора, перпендикулярно которым снаружи помещены третья и четвертая обмотки °

2. Генератор импульсов по и.1, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью его .упрощения, сердечник выполнен в виде полого тора, состоящего из двух одинаковых створок, прилегающих друг к другу с зазором в плоскости тора, а четвертая обмотка вы полнена в виде объемного витка и охватывает третью обмотку.

1657300

17 1г

У

1б

Составитель В. !ижиков

Редактор О. Степина Техред !! i1„»,, тал Корректор A. Обручар

Подписное

Заказ 2426 Тираж 448

ВНИИПИ Государственного комитета и<; инобрет< ииям ir открьггилм при ГЕНТ СССР

113035, !!осквн, F — 35, Р, 1ук<ь. кая иаб, д, - /5

Производственно-издательслий к <мбиип г "П,<т<. <т", г, Ужгор <.,, у! . Гагарина 101