[发明专利]一种电火花线切割脉冲电源及其控制方法

说明书

本发明公开了一种电火花线切割脉冲电源及其控制方法。该电火花线切割脉冲电源包括交流电源、PFC变换器、DC/DC变换器、主电路、检测电路、驱动电路、控制电路和上位机，其中主电路采用三路交错并联Buck电路，向间隙提供单极性电压，所述Buck电路采用储能电感代替限流电阻。该电火花线切割脉冲电源的控制方法，将间隙电压和间隙电流的和作为反馈闭环控制的唯一控制量，进行反馈闭环控制。本发明提高了加工效率和系统开关频率，提升了系统动态响应能力，降低了对开关管的耐流要求，并且能够在保持放电频率一定的情况下，维持单次放电能量一致，实现高速、均匀的微细加工。

技术领域

本发明涉及高频脉冲电源，特别是涉及一种电火花线切割脉冲电源及基于该电源的控制方法。

背景技术

电火花线切割机床利用连续移动的细金属丝作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型，不需要用机械力和机械能来切除。由于电火花线切割技术不受材料性能的限制，可以加工任何硬度、强度、脆性的材料，在现阶段的机械加工中占有很重要的地位。

电火花脉冲电源是线切割机床的核心部件。现有电火花脉冲电源一般有非独立式脉冲电源和独立式脉冲电源。非独立式脉冲电源通过调节放电电容的大小和加在其上的充电电压值，控制单次放电的最大能量。当采用小放电电容和低充电电压时，非独立脉冲电源可提供极低的放电能量，现仍广泛应用于中小功率电火花加工，但其存在加工效率低、放电能量一致性差等问题。独立式脉冲电源可以较好的控制脉冲时间、脉冲频率、放电电流等放电脉冲参数，进而控制放电能量和加工速度，现主要运用于中大功率电火花加工。然而随着被加工材料要求越来越高，对加工技术也提出了更高的要求。为了提高加工精度和工件表面质量，需尽量减小单次火花放电能量，并提高电源的动态响应；为了提高加工速度和材料去除率，在单次材料去除量较低的情况下，又需要提高火花放电的频率；同时为了提高系统效率，电路中不能含有消耗大量能量的限流电阻。现有的电火花脉冲电源很难同时满足以上要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种高效率高动态响应的电火花线切割脉冲电源及基于该电源的控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电火花线切割脉冲电源，包括交流电源、PFC变换器、DC/DC变换器、主电路、检测电路、驱动电路、控制电路和上位机，其中交流电源输出交流电压，经过PFC变换器、DC/DC变换器后，输出可调直流电压给主电路供电；主电路采用三路交错并联Buck电路，向间隙提供单极性电压；检测电路采集PFC变换器、DC/DC变换器、主电路和间隙的电压与电流，输送给控制电路；控制电路输出控制信号，经驱动电路放大后，驱动PFC变换器、DC/DC变换器和主电路开关管的通断，以控制PFC变换器、DC/DC变换器、主电路和间隙的电压与电流；上位机与控制电路连接，通过实时通讯，将系统运行时的参数显示在人机交互界面，同时支持向控制电路传输控制指令，设定或调整系统运行参数。

基于上述电源的线切割加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、加工开始之前，根据加工场合和间隙负载特性，设置脉冲电源单次加工的时间t_s、施加脉冲的时间t_p、消电离时间t_off、电压采样倍数k_v、电流采样倍数k_i、单次放电能量w和参考信号v_ref；

步骤2、在施加脉冲阶段，采样间隙的电压信号v_d、电流信号i_d，分别进行AD转换得到间隙电压和间隙电流的数字信号；

步骤3、将间隙电压数字信号放大k_v倍，将间隙电流数字信号放大k_i倍，将放大后的电压和电流信号相加；

步骤4、对相加的结果进行闭环控制，使其与参考信号v_ref一致；

步骤5、电流放电完成后，进行消电离；