专利名称：大电流直流与脉冲两用电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由晶闸管构成的大电流直流与脉冲两用电源。此两用电源在脉冲电流电解加工、脉冲电镀、电解与电脉冲复合加工等方面有广泛的应用前景。
目前国内外采用的大电流脉冲电源大多先将交流电源整流成直流电源，然后用斩波器或可关断晶闸管GTO斩成脉冲电源。这种方式不但结构复杂、稳定性差、设备费用高，而且容量受到器件的限制，国内用斩波器的脉冲电源其电流只达到2000安，(航空工业部北京625研究所)，用可关断晶闸管GTO的脉冲电流只达到200安(天津大学)。苏联1977年出版的“电解加工机床的电气设备”(ЭΛектрооδолуDАВАНИе СТАНКОВ DΛЯ ЭΛеКТРОХИМΝ-)ческоц оδрαδотки及1982年出版的“材料的电加工方法”(ЭΛектрицесие МетоDъi оδрαδотки МαтерпАΛоВ)二本书中介绍了同一型号为ИПТУ的脉冲电源示意图(见
图1)。这种电源是原方调压，由控制电路控制晶闸管的触发来形成脉冲，这就必然形成脉冲频率低的缺点，书中介绍其脉冲间隙为0.1～1秒，也即频率在10赫芝以下。
本发明的目的在于提供一个直流与脉冲两用电源，容量大、造价低，有七种脉冲频率可供选用，即37.5HZ、33.3HZ、30HZ、20HZ、16.5HZ、12.5HZ和10HZ，并具有数字稳压系统及过电流保护环节。
本发明是这样实现的由逻辑部件及触发电路组成智能触发器，逻辑部件根据按键通断所给的指令，使触发电路按照同步信号每次都都发出触发脉冲(直流)或有规则地轮流发出触发脉冲(各种脉冲电流)，来控制晶闸管每个周期触发导通(直流)或有规则地轮流触发导通(各种脉冲电流)，从而得到直流或多种频率的脉冲电流。由于是大电流整流设备，所以采用双丫形带平衡电抗器的方式，根据电解加工脉冲电流的常用频率及占空比，又为了使变压器付方各相电流均衡，可列出触发各相晶闸管的节拍表(见表1)，表1中R代表直流，S、T、U的循环为10个节拍，4∶1的占空比;V、W的循环为8个节拍，3∶1的占空比;X、Y的循环为6个节拍，2∶1的占空比，表中的阿拉伯数字即为节拍数。
节拍发生器由十进制计数分配器4017担任(见图3)，它的计数脉冲由同步变压器B相付方的一个绕组的正弦波经整形与微分后，在正弦波过零点形成。由于主变压器的原方为△连接，同步变压器主方为丫形连接，因此同步变压器付方的相位比主变压器付方相位滞后30°，因为B6相超前A1相60°，电容C913(见图3)能保证在B6相上升过零时的计数脉冲产生单数节拍，所以节拍在主变压器付方A相过零前30°交替。一个循环8个节拍的V与W是在第8节拍出现时对计数分配器4017清零，一个循环6个节拍的X与Y是在第6节拍出现时对计数分配器4017清零。
从节拍表1可看出，A1相与C2相晶闸管的触发现规律完全相同，可用同一组逻辑开关控制，C5相与B6相晶闸管的触发规律也相同，也可用同一组逻辑开关控制，于是可写出各相逻辑开关的逻辑表达式A1、C2＝1+RG5、B6＝2(U+W+Y)+4S+4X+6T+6V+RB3＝1T+1X+1(U+W+Y)+3V+7S+RA4＝2(U+W+Y)+4V+4X+6T+8S+R单数节拍对应A1、C2、B3相，它们的移相角要延伸到下一个节拍，同理双数节拍对应的A4、C5、B6相的移相角也要延伸到下一个节拍，因此按逻辑式中的节拍号设计逻辑图时都应加上下一个节拍号，即用或门将下一个节拍号作逻辑加。于是可按照逻辑式设计出逻辑开关及受其信号控制的智能触发电路图3，以及实现本发明的各种控制电路。
下面结合电路附图及实施例对本发明做详细描述。
图1为苏联ИПТУ整流电源示意图。
图2为本发明的方框图。
图3为本发明的智能触发电路。
图4为本发明的电压与电流数显及数字调压系统。
图5为本发明的主回路及控制电路。
本发明方框图的模拟给定是由电位器调节移相触发的给定值，数模转换则是由数字电路给出移相触发的给定值，由一个选择开关选择。由移相触发电路形成的触发脉冲是否去触发晶闸管，则由逻辑开关电路控制，逻辑开关通断的节拍由直流或脉冲选择开关选择，过流保护电路在工作时能使逻辑开关全部关闭，以切断对所有晶闸管的触发，电压采样与显示电路将输出电压采样与显示，并与电压数字给定信号一起送到电压数字比较电路进行比较，判断与修正，以改变数模转换的输出，从而改变触发角，达到稳定输出电压的目的。
图3由四个逻辑开关输出信号各经过一个二输入端与门后控制四个模拟开关，由模拟开关控制光电耦合器BG925-930中光敏三极管的电源，当节拍表1中为1时接通该电源，使触发脉冲得以通过，当节拍表1中为0时切断该电源，阻止触发脉冲通过，晶闸管停止触发而形成脉冲。控制四个模拟开关的四个与门是当光电耦合器BG931接收到过电流信号后切断所有逻辑开关信号，使所有晶闸管都停止触发导通。图3虚线框内为触发电路，采用交流正弦垂直控制，移相范围可达145°，触发电路与主电路之间由光电耦合器隔离，这种触发电路具有线路简单，触发功率大，触发脉冲前沿陟等特点，并受逻辑开关信号控制而成为智能触发电路。其触发电路的时序与逻辑电路的时序之间有严格的同步关系。
本发明的电压与电流数显及数字调压系统的电路(见图4)分为二部份，该数字电压表及电流表与一般的数字电表相似，由双积分式模数转换器14433输出的动态扫描数字信号被锁存在显示、译码、锁存三功能器件2ES-283中并显示;另一部份电路是数字稳压系统，将数字电压表的输出量用数字比较器4585与拨码开关的予置值比较，每采样一次，比较一次，根据结果由或门4075控制修正作为数模存贮器40193中的数字量，这个数字量经数模转换器DAC0808及求和放大器7650转换成电压模拟量，来控制触发电路的触发角，使得向缩小差值的方向修正输出电压，当输出电压与拨码开关予置值的差值在误差范围内时就不再修正，以此来达到稳压的目的。用拨码开关来调节电压，方便、直观。HK904为过流保护调节开关，过流信号取自分流器Fl，一旦加工电流超过此开关所整定的数量时，过流信号经运算放大器放大后驱动过流继电器QJ动作(见图5)同时又通过光电耦合器BG931(见图3)控制模拟开关，切断触发脉冲，这一路信号全部由光与电子传送，使得在发生短路后的3.3mS以后即切断触发脉冲，达到阴极与工件少受或不受损伤，并对电源本身起保护作用。
主回路及控制电路图5中的有些环节是专为电解加工考虑的，开关HK901是为在电解加工机床控制台控制或在电源柜本身控制之间转换用，R904是为适应脉冲电流加工尽量提高加工电压时，避免由于数字反馈的数模转换存贮器可能溢出而设置的电压手调电位器，HK902为电压手调或数字调压之间的转换开关，QJ为过电流继电器，WJ为晶闸管冷却水温度继电器，YJ为冷却水压力继电器，SJ为报警继电器，GY为报警器，PJ为过流后复位继电器，XJ为加电用中间继电器，TJ为加电继电器，CZ为起动接触器，图中带括号的线号都是与机床控制台相联系的信号线。
利用本发明我们已研制成额定电压24伏，额定直流电流3000安，额定脉冲峰值电流4000安的直流与脉冲两用电源，用于电解加工型腔模具，在初加工时用直流电流，以提高加工速度，在接近加工尺寸时换成脉冲电流加工，以提高加工件的精度及表面光洁度，实用中获得很好效果。利用本发明在对东风牌汽车发动机的连杆锻模加工，具型腔尺寸较大，投影面积为165Cm2，形状也较复杂，材料为模具钢，淬火后进行型腔电解加工，用脉冲电流加工获得了非常好的复制成形精度，得到均匀的加工间隙，经测定各处底部间隙之差为0.02mm，侧面间隙比底部间隙小0.08～0.10mm，侧面各处间隙差也为0.02mm。对其同一锻模型腔，在其他条件相同的情况下，采用直流加工，经测定其底部间隙之差为0.5mm，侧面间隙要比底部间隙大0.40mm，侧面各处间隙之差为0.30mm。
使用本发明只要增大变压器及晶闸管的电流容量，控制系统不需要作任何变动，即可制造出额定直流达到15000安，额定脉冲峰值电流达到20000安的大电流直流与脉冲两用电源。使用本发明除具备上述高精度加工等优点外，对使用脉冲电流加工的电解液流量可减少一半左右，我们在加工上述连杆锻模时，电解液泵的额定流量只有6m3/h，加工出的型腔无流纹及局部尺寸变化现象，这也是采用直流加工所不能得到的。
权利要求
1.一种由晶闸管构成的大电流直流与脉冲两用电源，其特征是两用电源由逻辑电路、晶闸管触发电路和数字调压及数字稳压电路组成，并具有过电流保护电路进行保护。
2.按权利要求1所述的直流与脉冲两用电源，其特征是逻辑电路有四组开关信号，控制六个晶闸管的触发电路，在按鈕开关的控制下能产生八种有规则的开关信号，以控制触发电路连续的或有规则的断续发出触发脉冲，使晶闸管有规则的轮流通导，从而形成直流及七种脉冲电压，其输出电压由晶闸管的触发角调节，输出额定电流取决于变压器及晶闸管的容量。
3.按权利要求1所述的直流与脉冲两用电源，其特征是晶闸管触发电路的触发脉冲是否形成受逻辑开关信号控制，而不受逻辑开关信号干扰，触发电路与主回路间用光电耦合器隔离，触发脉冲前沿陟，移相范围可达145°。
4.按权利要求1所述的直流与脉冲两用电源，其特征是数字调压及数字稳压电路，用拨码开关予置的电压数字与数字电压表的实测数字进行比较，也可将予置的电流数字与数字电流表的实测数字进行比较，根据误差情况自动修正一个专用存贮器中的数字，经过数模转换后的模拟量作为触发电路的给定值，从而修正了晶闸管的触发角，使整流器的输出电压或电流向予置值缩小误差的方向修正，当实际值与予置值的误差小于允许范围时停止修正，以达到数字调压(或调流)及稳压(或稳流)。
5.按权利要求1、2、3或4所述的直流与脉冲两用电源，其特征是过电流保护电路当过电流信号接收后，经过电子电路关闭逻辑开关，从而切断触发脉冲，停止对晶闸管的触发。
全文摘要
本发明公开了一种由逻辑部件及触发电路组成的智能触发器控制晶闸管构成的大电流直流与脉冲两用电源。脉冲峰值电流达到4000安，比国内使用其他方案能达到的电流容量大，具有七种脉冲频率，三种占空比。三种脉冲宽度可供选择；此外还具有数字调压及数字稳压系统。此种直流与脉冲两用电源电路简单，节省器件，容易调整，一机多用。该电源用于脉冲电流电解加工，获得了良好的效果，除用于电解加工外，在脉冲电镀、电解与电脉冲复合加工等方面有着广泛的应用前景。
文档编号H03K3/352GK1034102SQ8810001
公开日1989年7月19日 申请日期1988年1月5日 优先权日1988年1月5日
发明者沈光祖, 朱树敏 申请人:合肥工业大学