超磁致伸缩换能器谐振频率自动跟踪方法

为了能有效地减小换能器的体积,实现同位控制及对换能器工作频率的自动调节,提高换能器的工作效率,提出了超磁致伸缩换能器的谐振频率自动跟踪方法。根据超磁致伸缩材料压磁方程,建立了超磁致伸缩换能器速度、阻抗及所受外力的自感知模型;分析了利用感知阻抗自动搜索谐振频率的工作原理,在无需安装检测谐振频率传感器的条件下,实现换能器谐振工作点的自感知,并能方便、快速地自动跟踪系统的谐振频率。在研制的实验装置上,比较分析了扫频方式和搜索感知阻抗方式跟踪谐振频率的一致性,验证了换能器谐振频率自动跟踪方法的可行性与正确性。     

基于FPGA-DDS步进追频技术的超声电源设计

针对压电换能器谐振频率受焊接工具头发热的影响而产生漂移的问题,设计了一种以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,并结合了直接数字式频率合成器(DDS)的步进追频超声电源。利用FPGA的并行运算方式实时处理电压及电流相位数据并对驱动频率做出实时反馈调节;利用DDS输出的高分辨频率对驱动频率实现精确的步进调节;FPGA的高速性及DDS的精确性避免了谐振相位失锁及频率超调的现象发生。实验结果表明,所设计的超声驱动电源能够在500μs内完成一次数据处理,频率跟踪精度可达2 Hz。该电源实现了在换能器阻抗及谐振频率不断随焊接工具头温度变化的情况下,仍能保证换能器以谐振频率工作。     

真空阀质量检测平台的设计与实现

汽车真空阀质量检测平台是基于直接数字频率合成技术,采用STC单片机实现对DDS芯片AD9834的控制,提出一种高精度的PWAM(脉冲宽度与脉冲幅值调制)电源的实现方案来模拟真空阀在汽车上的工作电源;下位机采用STC单片机设计的控制板,提供多个数据采集端口,采集系统测量信号并进行相关控制。上位机采用LABVIEW软件实现,通过串口RS232协议,与PWAM电源和下位机实时通信,并协调电源与下位机工作,实现了良好的人机界面与可靠的系统控制。     

指数化模糊PD频率搜索算法

为了避免换能器失谐带来的换能器发热、效率低等问题,提出一种模糊PD超声频率跟踪算法。模糊PD超声频率跟踪算法采用模糊控制的思想,使用指数法实时整定PD控制器的参数,以达到对谐振频率的快速、精确跟踪。模糊控制的输入为相角差和相角差变化率,模糊控制器按照预设规则识别换能器当前状态,并对增量式PD控制器的参数进行指数化整定,最终输出经过模糊PD调节后的驱动频率。仿真实验显示,该频率搜索算法能从任意频域开始,在30步内完成对任意超声换能器谐振频率的搜索。将该算法与二分法和PD变步长等算法比较,验证其在搜索准确率、搜索速度上的优越性,该算法适合于换能器谐振频率的搜索和全频域超声电源的设计。     

基于频率跟踪的超声驱动电源研制

针对压电换能器谐振频率漂移的问题,基于双路电流反馈与二分法扫频研制了一款基于频率跟踪的超声驱动电源。根据压电换能器的电路模型,分析了双路电流有效值及其相位差与超声驱动电源串联谐振频率间的关系;利用双路电流信号进行频率反馈控制,在匹配失调、负载变化的情况下仍可精确跟踪换能器的串联谐振频率;利用微处理器实时控制开关电容滤波器的中心频率,实现恒带宽的跟踪滤波器;利用二分法扫频完成对压电换能器串联谐振频率的快速跟踪,完成了原理样机的研制,并进行了相应实验。实验结果表明,所设计的超声驱动电源适应能力强、频率跟踪精度高、跟踪速度快,可在100 ms内完成频率的跟踪和锁定,频率跟踪精度可达20 Hz。     

基于单片机控制的智能巡线小车的研制

介绍基于STC89C52单片机控制的智能巡线小车路径检测电路、主控芯片电路、电源电路及电机驱动电路等硬件电路的设计和控制程序的开发。     

20kJ/s电容充电电源的分析与设计

采用开关变换技术的串联谐振电容充电电源是较为理想的电容充电方式。为此,先后对串联谐振电容充电电源进行了最小应力设计,对后级共振充电电源进行了分析与设计。前者主要根据谐振电感和电容峰值能量以及开关器件的最大功率建立了应力函数,通过求解应力函数的最小值确定了电路的工作点和器件参数。实验结果与理论计算结果相一致,电源在最小应力点工作时器件的综合应力最小,并且开关频率高于谐振频率工作时比低于谐振频率工作时应力更小。最后给出了一台应用于磁脉冲压缩系统的初级储能电容充电电源的设计实例,其电源的实验结果与理论计算结果相一致,负载电容在5~40μF之间变化时,系统可在100 Hz重复频率下稳定、可靠地长时间运行。根据最小应力公式进行谐振变换器和电容器充电电源的分析与设计可为设计者提供参考。     

临界连续模式下高功率LED驱动电源谐振控制方法

针对传统LED驱动电源谐振控制方法电路控制谐波异常导致输出电流过冲、电压稳定控制效果差和时延高等问题,提出了临界连续模式下高功率LED驱动电源谐振控制方法。结合PFC和LLC半桥两种方式,控制LED驱动电源谐振部分的频率变化值,选取开关恒流源,选取FSFR2100集成控制芯片作为控制芯片。在临界连续模式下,计算高功率LED驱动电源电路中电感值、滤波电容,以此为参量依据,设定电路中的电压范围与最小开关频率、输出功率等,校正PFC电路控制谐波。以PFC控制器所计算的电流与电压数据为基础,计算谐振频率值,通过谐振网络部分调整电压增益,确保LED驱动电源开关管实现零电压开关,实现临界连续模式下高功率LED驱动电源谐振控制。实验结果表明,采用该方法进行谐振控制的LED驱动电源,工作效率和PF值分别保持在88%和0.99以上,并且开关损耗低,未出现电流过冲,输入电压与输出电流波形相同,整体控制效果较好。     

基于DDS的高功率超声波电源的设计

主要实现频率和功率连续可调的超声波电源设计.首先,通过设计直接数字频率合成器(DDS)实现不同输出频率,采用AT89S52控制AD9851的频率和相位控制字;其次,设计功率放大单元满足高功率超声波驱动的需求;最后,通过超声波的发射和接收实验来验证超声波电源工作的性能.实验结果表明该系统具有工作性能稳定、功耗小、可控性强等优点.     

超声波电源智能频率跟踪系统应用研究

传统超声加工电源不具备多频率段自动跟踪的特点,其在工作过程中存在频率跟踪精度过低的现象,而且传统超声波电源的结构决定其输出频率特性单一,无法驱动不同频率特性的超声波换能器。对此采用搜索电流最大值技术与基于数字信号处理器(DSP)TMS320F2812的软件锁相技术结合的复合频率跟踪策略,以直接数字式频率合成(DDS)芯片作为输出频率源,实现自动查找换能器谐振频率及频率自动跟踪的功能,依据超声波换能器的反馈信息同步调节功率和阻抗匹配网络,动态响应不同特性的超声波换能器,维持恒振幅输出。给出具体实现方法,通过实验验证该方法的可行性和有效性。     

LCL型有源电力滤波器的强鲁棒性控制器优化设计

LCL型有源电力滤波器能有效补偿电网谐波,但LCL型滤波器存在谐振问题,电容电流比例反馈有源阻尼是抑制LCL谐振的主要方式。然而,在数字控制下,谐振频率会随电网阻抗变化,导致反馈系数选取困难。针对该问题,研究了适应电网阻抗宽范围变化的反馈系数选取方法,推导不同反馈系数和谐振频率下的系统稳定条件,优化设计适应电网阻抗变化的反馈系数。此外,随着电网阻抗增加,LCL谐振频率减小,系统带宽变窄,有源电力滤波器采用传统准PR控制补偿高次谐波时,系统相频曲线在控制器谐振点容易穿越-180o线,导致系统不稳定。提出加入相位补偿环节以提升控制器增益处相角,并给出详细设计方法。理论分析表明,所提强鲁棒性控制器优化设计方法,可使有源电力滤波器在保证良好谐波补偿能力的同时具有更宽的稳定运行范围。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

Series resonant ZCS‐PFM DC‐DC power converter with high‐frequency high‐voltage transformer link for high‐power magnetron drive

This paper presents a single lossless inductive snubber‐assisted ZCS‐PFM series resonant DC‐DC power converter with a high‐frequency high‐voltage transformer link for industrial‐use high‐power magnetron drive. The current flowing through the active power switches rises gradually at a turned‐on transient state with the aid of a single lossless snubber inductor, and ZCS turn‐on commutation based on overlapping current can be achieved via the wide range pulse frequency modulation control scheme. The high‐frequency high‐voltage transformer primary side resonant current always becomes continuous operation mode, by electromagnetic loose coupling design of the high‐frequency high‐voltage transformer and the magnetizing inductance of the high‐frequency high‐voltage transformer. As a result, this high‐voltage power converter circuit for the magnetron can achieve a complete zero current soft switching under the condition of broad width gate voltage signals. Furthermore, this high‐voltage DC‐DC power converter circuit can regulate the output power from zero to full over audible frequency range via the two resonant frequency circuit design. Its operating performances are evaluated and discussed on the basis of the power loss analysis simulation and the experimental results from a practical point of view. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 153(3): 79–87, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20126     

电磁耦合谐振式传能系统的频率分裂特性研究

电磁耦合谐振式无接触电能传输系统的发射侧与接收侧同时工作于谐振状态,补偿电容的引入导致系统在不同工况下可能存在多个谐振点。控制策略选取不当,会导致负载接收功率减少、系统性能大幅下降。首先通过耦合模理论建立电磁耦合谐振系统的高阶数学模型,在此基础上深入分析模式耦合因数及品质因数对系统谐振角频率的影响,并得出不同工况下谐振角频率的变化规律。最后根据理论分析设计了盘式振荡器耦合系统进行实验。测量结果表明,实际频率分裂特性与理论推导的函数关系基本吻合,因此可为谐振式电能传输系统的设计提供参考。     

串联谐振型短路限流器对次同步谐振影响的研究

介绍了串联谐振型短路限流器的结构、原理以及次同步谐振的机理。以广东电网2015年丰大、丰小、枯大3种运行方式的规划数据作为研究对象,采用状态空间分析法分析了在典型电厂电力送出线路上加装串联谐振型短路限流器对发电机组次同步谐振特性的影响,计算系统次同步频率范围内的特征值,并以此分析系统的稳定性。结果表明,串联谐振型短路限流器会引发系统次同步谐振,在工程应用中应重点关注该问题。     

Loss mechanisms in piezoceramic materials

The scope of the paper is the experimental determined of the quality factor near resonance and anti-resonance frequencies for a six unloaded unclamped piezoceramic plates (PZT5-H) samples. The electromechanical coupling coefficient (EMCC) of the samples are predicted using theoretical approach. The total losses tangent factor of the plate’s materials PZT-5H was estimated from the variation of driving point electrical impedance over the interested frequency band rather than the sensitivity of each plate within this band. Experiments are conducted to verify the theoretical results with good agreement. dependence of the resonant and ant resonant frequencies and the electromechanical-coupling coefficient on the relative size of plate is analyzed. These results suggest that driving piezoelectric devices at anti-resonance mode may be an alternative in order to get improved efficiency in piezo device operation.     

超声波电源的改进频率跟踪方法

针对传统超声波电源频率跟踪方法计算周期数多、过渡时间长的缺点,提出了一种基于谐振频率自动识别的改进型超声波电源变步长频率跟踪控制方法。该方法通过2次采样,计算得到负载的谐振频率,进而利用变步长控制对换能器谐振状态进行保持。实验证明,基于该控制方法的系统可以提升频率跟踪速度,减少系统过渡时间,改善动态响应特性,能更好地满足超声电源的性能要求。     

小功率气体激光器软开关电源的研究

介绍了全金属结构小功率气体激光器的电源系统,电源采用高频变流技术设计,主回路为串联谐振负载并联输出的方式.为了实现激光器工作方式的多样化及激光器功率的精确控制,设计了有效的调制电路;同时为了适应气体激光器的工作特性,设计了可靠的预燃电路.实验结果表明:电源工作在谐振状态,实现了过零开关,减少了开关损耗,提高了电源效率;实现了对激光器工作方式和功率的调节,满足了激光器工作的要求.     

Performance of Induction Heating Power Supply Using Dual Control Mode Pulse-width Modulation–Pulse-density Modulation High-frequency Inverter

This article presents a novel induction heating power supply. The power supply is based on an auxiliary active edge resonant zero-current soft-switching technique. It consists of single-ended push–pull series load resonant inverter. The proposed inverter is cost effective for high-frequency induction heating consumer appliances. The new multi-resonant high-frequency inverter with series load resonance and edge resonance can regulate its high-frequency output power under the constant-frequency zero-current soft-switching commutation principle on the basis of an asymmetrical pulse-width modulation control scheme. The brand-new consumer induction heating product is evaluated and discussed on the basis of simulation and experimental results. To extend zero-current soft-switching operation ranges under a low-power setting as well as improve efficiency, the high-frequency pulse-density modulation strategy is demonstrated for a high-frequency soft-switching inverter. Its practical effectiveness of induction heating power supply is substantially proved from an induction heating application point of view.     

Energy-efficient operation modes of a frequency converter with a series-parallel resonant circuit under power stabilization at a variable load

An analysis of the power characteristics for a frequency converter is performed for matching with a varying load by means of a series-parallel resonant circuit. It is shown that a change in the active component of the load does not always lead to a proportional change in the input resistance of the resonance circuit, with at certain frequencies the resonant circuit even exhibiting a constant input resistance under a change in the load within a considerable range; that is, it has the properties of parametric output-power stabilization. At these frequencies, a large reactive component appears in the input impedance of the circuit, which does not allow one to obtain an operation mode close to a resonance one or achieve an acceptable energy-conversion efficiency. The frequency characteristics of the circuit have been studied under conditions of an extreme approach of its resonant frequencies. It is found that, in this case, owing to the distortions of the phase-frequency characteristic, one can obtain a quasi-resonant operation mode of the converter over the entire range of the load resistance. It is shown that the proposed method for the tuning of resonance circuit allows one, under a twofold change in the load, to achieve parametric stabilization of the output power with energy parameters of cos? > 0.94 at extreme points of the range of resistance variation. The obtained results are confirmed by simulation and physical experiment.