具有阻抗匹配功能的磁致伸缩换能器驱动电源

磁致伸缩换能器是以磁致伸缩材料为驱动元件的特种电机。其工作电流和输出位移、输出力受磁致伸缩材料的非线性和温度、负载等因素的影响较大。为优化工作电流波形、实现频率闭环,以串联谐振电路为基础,设计了具有阻抗匹配功能的驱动电源,并进行仿真与实验研究,结果显示该电源能够使换能器保持谐振工作状态,同时具有较好的正弦电流波形。     

超声换能器过固有谐振区匹配理论

超声压电换能器是一个能量转换系统,在超声波振动加工中将超声波电源输出的电能转换为机械振动,由于超声压电换能器是一个容性负载,为保证超声电源输出的电能有效地转换为超声压电换能器的机械振动,需要在超声电源和超声压电换能器之间加一个适当大小的电感进行匹配,但超声压电换能器又是一个强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗特性以及机械振动特性差别显著,因此如何将超声压电换能器匹配在一个恰当的工作频率,是提高振动加工质量的关键.通过正确选取超声压电换能器的等效电路模型,并对由此推导出的阻抗圆进行深入分析、研究,可以得出:如将换能器工作频率匹配在大于其内部固有谐振频率的某一频段,可以使换能器振幅最大,振动波形质量也最好,是换能器的最佳工作频段,从而提出超声压电换能器"过固有谐振区"匹配理论.试验结果证明该理论正确.     

功率超声电源谐振频率自动跟踪技术

本文针对匹配网络对压电超声换能器谐振频率影响问题,介绍了具有电流反馈式频率跟踪功能的超声发生器的系统结构,阐述了电流反馈式频率跟踪的原理,基于AT89C52设计了相应的硬件控制电路,实现了电流反馈式频率自动跟踪方法,具有实际的工程应用价值。     

面向超磁致伸缩换能器的超声电源设计与性能分析

面向超磁致伸缩换能器的超声电源相对于传统的压电换能器超声电源存在一定的区别,但是目前这方面的相关研究报道较少。本研究建立了带有无线能量传输装置的等效电路模型,设计了一种面向超磁致伸缩换能器的超声电源。频率源基于直接数字合成(DDS)技术并利用全桥开关放大电路进行功率放大,使用相位和有效值(RMS)计算实现频率追踪策略,从而使该电源具备定频信号输出以及实时频率追踪的功能。最后,对超磁致伸缩换能器超声电源的输出性能进行了测试与分析,结果表明,在开环定频驱动功能下可以输出15～50 KHz的超声信号,在闭环追频驱动功能下可以在工作频率点处长时间稳定驱动超磁致伸缩换能器。此外,文章对面向超磁致伸缩换能器的超声电源进行了升级,并进行实验验证该电源可以实现超过1 kW的大功率输出。     

基于DSP的三相高频逆变器

针对三相串联谐振负载由于参数的差异而导致谐振频率出现差异甚至相差比较大时,系统难以有效地跟踪谐振频率,电源可靠性降低等问题,提出了一种三相高频逆变器简单可靠的解决方案。采用数字信号处理器(DSP)TMS320F28035作为核心控制芯片,采用双环结构控制方式,利用电流外环实现了输出电流的有效调节,利用数字锁相环(DPLL)对逆变器输出频率进行了实时控制,实现了逆变器工作频率对负载谐振频率的有效跟踪。为了克服系统进入容性工作状态的问题,增加了限相环节,使逆变器工作在感性状态,从而实现了IGBT的零电流开通以及二极管自然换流,降低了开关损耗,提高了电源的可靠性。理论分析与实验结果表明,该方案实现简单、控制稳定、工作可靠,为相关的系统研究打下了良好的基础。     

谐振式无线电能传输系统频率跟踪技术的研究

针对SP补偿结构的磁耦合谐振式WPT系统在失谐时造成传输效率降低的问题,通过建立串联-并联等效电路模型,分析SP补偿结构的磁耦合谐振式WPT系统的传输效率,得出当负载电阻较大时发射线圈与接收线圈近似工作于同一谐振点,此时可以通过检测发射线圈逆变器输出电压与一次侧电流相位差或检测逆变器输出电压与接收线圈线圈电流来跟踪系统的谐振状态。采用跟踪逆变器输出电压与一次侧电流相位差的方法,用鉴相器将相位差转化为直流电压信号,采用单片机内置ADC对直流信号进行采样,采用PID算法跟踪系统谐振频率。实验表明:采用的谐振频率跟踪方法取得了很好的跟踪效果。     

单振子二自由度超声电机驱动电源

设计了用于平板形单振子二自由度超声电机的驱动电源,并针对驱动电源电流负荷较大,输出功率利用率不高的问题,提出了优化驱动性能的措施.该电源利用压控振荡器产生正弦小信号,经高压及功率放大后得到较高的驱动电压及较大的驱动电流实现电机驱动.根据压电振子等效电路模型及工作特性,采取与超声电机并联电感的方法优化了电源驱动性能.制作了驱动电源样机,并对输出性能及优化效果进行了测试.测试结果表明:设计的电源驱动电压及频率可独立连续调节,可输出理想的正弦信号波形;在49.127 kHz、49.756 kHz两种频率下,接超声电机负载时,最大输出电压分别为176.0 V及171.2 V;超声电机并联1.442 mH电感后,电源驱动电流可减少至原来的7.27％和7.41％,功率因数可提高至0.968和0.9550.得到的结果显示,设计的电源满足超声电机驱动要求,采取的优化措施在减小电源电流负荷及提高电源输出功率利用率方面效果明显.     

夹心式压电换能器装配质量判别方法与实现

为了保证压电换能器谐振频率的一致性以及其长期工作的稳定性,提高换能器电声转换效率,介绍了利用检测谐振频率和扭矩压力来判别夹心式压电换能器装配质量的方法。在研究了压电效应的基础上,提出了通过检测压电陶瓷受压产生电荷量的方法来精确判别其装配质量,解决了其装配质量不稳定的问题。研究结果表明,该方法提高了装配精度和一致性,使其性能稳定可靠。     

压电电极对圆杯形陀螺振子振动特性影响分析

压电电极作为圆杯形谐振陀螺的驱动及检测换能器,直接影响振子的振动特性及陀螺性能.针对合金振子的振动特性,建立了压电电极的机电耦合模型,通过有限元方法重点分析了不同结构尺寸的压电电极对谐振子谐振频率、频率裂解、输出增益及等效应力的影响,得到了优化结构参数(8 mm ×2 mm×0.3 mm),并进行了试验验证.结果表明:电极结构变化对谐振子的谐振频率和频率裂解的影响都很小,分别在10 Hz和2 Hz以内,而对输出增益和应力的影响随长、宽、厚有规律变化.研究工作为陀螺电极设计、陀螺性能提高提供了依据.     

基于DDS-DPLL超声波电源频率复合控制研究

频率跟踪是超声波电源的一个非常重要的特性.为解决压电换能器锁相环频率跟踪中存在的跟踪范围狭小、易出现误跟踪和失锁等问题,提出了一种直接数字频率合成技术结合数字锁相环频率跟踪的复合控制方案.试验表明,运用这种频率跟踪方案控制的超声波电源具有有频率跟踪速度快,跟踪准确的优点,可实现系统的稳定、高效运行,提高了电源效率.