驱动电压跟踪的超声波电机频率自适应技术

超声波电机在运行过程中由于温度的上升会引起谐振频率的漂移,谐振频率的漂移又会导致电机的转速、效率等性能发生改变,为此要求驱动电路有谐振频率的自动跟踪功能。该文从电机在谐振点附近的等效电路出发,分析了输入电压与谐振频率的对应关系并通过实验分别比较了温度和负载对电机动态电容电感乘积、谐振频率、驱动电压和转速的影响。利用一定负载下工作电压相对稳定以及温度对谐振频率影响是渐变的特点,提出了以电机驱动电压为控制对象、输入频率为控制量的超声波电机频率跟踪控制策略。结合直径60mm的行波型超声波电机实验验证了该控制策略的有效性,其中空载、轻载和重载时的速度波动分别控制在5.1%、6.3%、6.4%以内,而效率比不加控制策略时分别提高了0.88%、5.3%和3.1%。     

变频串联谐振试验系统原理及应用

1串联谐振试验系统原理 试验时首先寻找谐振点。找谐振点的方法是：调起一点试验电压,通过升、降频率来看变频电源输出电流,电流最大点为谐振点,对应的频率为谐振频率。但必须注意的是,寻找谐振点时,不应在试验电压很低时寻找,试验电压太低谐振点不准,找出谐振点后再升电压,直到所需耐压值为止。回路中的R分量对品质因数影响较大,所以应尽量减小R分量的影响,如增加试验引线截面,采用防晕导线和防晕罩,减小电晕损耗等。     

无极灯用LCCL谐振变换器特性分析与研究

提出一种适合于无极灯负载特性的LCCL谐振变换器。针对该变换器和无极灯负载,推导出负载变化时谐振回路固有谐振频率表达式,得到不同负载和谐振参数下谐振回路电压增益特性、稳态时最大功率输出条件以及开关管实现零电压开关(ZVS)的临界条件,分析了谐振回路中各参数变化对谐振电路特性和开关管ZVS的影响,在此基础上提出了一种兼顾最大输出功率和开关管ZVS限定条件的谐振参数设计方案。该设计方案保证当电路固有谐振频率发生一定改变时,开关管依然可以实现ZVS,有效地减少了开关损耗。最后设计了一台85W的原理样机,实验结果验证了所提方案是可行的。     

超声电机LLCC谐振电路研究

超声电机需要幅值较高的驱动电压,因此其驱动电路需要变压器升压。超声电机为非线性容性负载,需要进行阻抗匹配,并保持电压和相移恒定。采用推挽电路作为驱动器拓扑,分析了该驱动电路在不同性质负载情况下工作过程,结果表明驱动器在感性负载时的开关管损耗较容性负载时小,感性负载可提高驱动器效率和可靠性。给出LLCC谐振网络及其参数计算方法,通过理论分析和仿真证明了电机谐振电压和相移与驱动条件可解耦,且该LLCC谐振网络可使驱动电路的负载性质由容性转变为感性。用TRUM-60型超声电机进行实验,结果证明了该方法的有效性。     

自激式LLC谐振变换器

LLC谐振变换器可以在全负载范围内实现开关管的零电压开关和二次侧整流二极管的零电流开关,变换效率高。当它工作在谐振频率时,输出电压与负载无关。根据此特点,提出一种LLC谐振变换器的自激驱动方法,采用电流互感器并联电感的方式检测谐振电感电流,从而获得开关管的驱动信号,为了提高开关速度,对驱动电路进行了进一步的改进。针对启动电流过冲的问题,采用一种改进的LLC谐振变换器拓扑。该变换器适用于对输出电压精度要求不高的应用场合,相对于采用专用控制芯片的控制方式,自激驱动方法还具有成本低和体积小的优点。     

环形行波式超声马达变频特性的分析

超声马达通常都工作在谐振频率附近,因此,工作频率的变化对超声马达的输出特性有着非常重要的影响。利用匹配电感和压电陶瓷组成的谐振电路,分析了变频对超声马达驱动电路输出特性的影响;利用超声马达的二维解析模型,仿真了激励频率对超声马达输出特性的影响。仿真和实验结果表明：频率与超声马达输出特性的关系为二次函数。激励频率在超声马达谐振频率附近变化时,驱动电路输出电压的幅值可近似认为不变。     

串联谐振式电池充电装置研究

针对脉冲电源中电池组充电问题,提出一种基于串联谐振原理的通用型宽幅电压充电装置。根据串联谐振电路输出电流与开关频率线性相关而与负载无关的特性,表明其具有对不同电压等级电池组进行恒流充电的功能,且可通过调节脉宽调制(PWM)脉冲频率改变输出电流大小。分析输出侧滤波电容和滤波电感对输出电流暂态过程的影响,选择合理的滤波参数,既可以减小稳态电流纹波,又能有效改善输出电流的超调。针对500V和1 000 V电池组负载,建立Matlab仿真模型并进行相应的实验验证,仿真和实验表明充电装置可对不同电压等级的电池组实现不同倍率的恒流充电。     

谐振滤波型模块化多电平换流器低频控制方法

低频运行时模块电容电压的大幅波动限制了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在电机驱动领域的应用,该文针对有谐振滤波电路的MMC结构,提出一种合理的低频控制方法。在分析谐振滤波电路特性的基础上,利用谐振滤波电路对相阻抗的改变,并通过参数设计,同时实现MMC额定频率运行时二倍频环流抑制和低频运行时高频环流控制电压最低。该方法无需注入频率混合及频率变化的环流,可降低环流控制器设计难度,同时相阻抗在串联谐振频率处压降最小,提高了高频共模电压的可利用范围。为实现对交直流混合环流指令的无差跟踪,引入比例–积分–谐振控制以准确抵消导致电容电压剧烈波动的无功功率交换,抑制模块电容电压的波动,同时维持模块电容电压均值的稳定,保证MMC低频运行的安全性和可靠性。最后通过实验验证了理论分析和控制方法的准确性与有效性。     

基于柔性电感的恒频控制LLC谐振变换器

传统LLC谐振变换器采用变频控制,在输入电压变化范围较宽时开关频率变化范围宽,其磁性元件难以优化设计。将LLC谐振变换器中的谐振电感设计为柔性电感,通过改变柔性电感的电感而改变变换器的谐振频率,改变LLC变换器的输出特性,实现宽输入电压、宽负载范围内的恒频调压,进而可以实现变压器、电感、滤波电容等元件的优化设计。首先介绍了柔性电感的原理,分析了采用柔性电感的全桥LLC谐振变换器的工作特性,并给出了闭环恒频控制的实现方案。最后通过一台输入电压23～35 V、输出电压100 V、功率200 W的原理样机,验证了基于柔性电感的恒频控制LLC谐振变换器的可行性。     

基于频率跟踪的液体媒质超声波电机转速模糊控制系统

针对液体媒质超声波电机结构和激励方式的特点,提出一种基于频率跟踪的转速辨识方法.利用超声波电机定子等效电路,分析了驱动电压、支路电流相位差与电机驱动频率、谐振频率的频率差之间的关系,结果表明此相位差描述了电机的振动状态,可作为转速辨识值.控制系统采用调频调速策略,模糊控制器根据速度给定值和辨识值的偏差和偏差变化量调节驱动电压的频率.实验证明,系统能够补偿液体参数改变引起的电机谐振频率的变化,快速准确地跟踪速度指令.     

一种基于占空比自动调节的弹光调制器稳定控制方法

弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的谐振器件,其谐振频率随温度变化会发生漂移,导致弹光调制器工作不稳定,调制效率降低。针对此问题,在弹光调制器工作原理和谐振模型的基础上,提出了一种基于数字合成技术和数字锁相技术的占空比自动调节驱动控制方法。该方法通过检测驱动电压与反馈电流的相位关系,自动调节驱动信号的占空比,即对驱动电压进行微调。实验结果表明,该方法可在弹光调制器谐振频率漂移时对驱动电压进行实时调节,以满足项目所需的光程差,且将弹光调制器的稳定性提高了5.4%。证明该方法可有效地提升弹光调制器的稳定性和调制效率。     

高频高压交流电源应用于介质阻挡放电特性的研究

应用电压幅值和频率都可调的高频高压交流电源研究了大气压空气中同轴介质阻挡放电的特性;介绍了该介质阻挡放电装置的工作原理后研究了电源逆变器交流侧电路工作于固有谐振频率和1/3固有谐振频率下负载电压及其频率、放电电流、谐振电流随着逆变器直流侧电压变化的规律,比较了在逆变器直流侧电压相同下的负载电压和放电电流的特点。研究结果表明,在初始放电发生前,电源的逆变电路直流侧电压线性增加,负载电压和放电电流随之增加,负载性质始终为容性;放电发生后,负载电压近似恒定,放电电流近似线性增长,负载性质为阻容性;在外加电源电压的正、负半周内,微放电电流波形不对称,分别呈“似辉光放电”和“丝状放电”的特点。     

LLC谐振变换器数字控制技术研究

LLC谐振变换器能够实现全负载范围的初级零电压开关(ZVS)和次级零电流开关(ZCS),因此得到关注。全桥LLC谐振电路可以通过改变初级开关管驱动脉冲频率调制(PFM)方法,调节LLC谐振腔的增益进行闭环控制,保证输出电压在输入电压变化大、不同负载条件下的输出稳定。LLC谐振增益曲线会随负载减轻而调节特性变差,单一PFM调节无法应对。研究集PFM、脉宽调制(PWM)和间歇工作模式(Burst模式)的混合控制方案,解决变换器从空载到满载不同工作条件下的控制方式,并在发生短路故障时变换器迅速保护。此处采用HPM6300系列芯片完成LLC数字控制和保护功能,设计系统的实验装置并编写应用软件。经过整机测试,实验结果表明所采用方案的有效性,并达到设计目标。     

悬臂梁压电发电机输出特性及其影响因素分析

为研究悬臂梁压电发电机的输出特性及其影响因素,设计搭建了悬臂梁物理实验模型。通过空载、负载和短路实验测试了振动频率、振动位移和负载大小对其输出电压的影响,对比了不同尺寸压电陶瓷的发电能力,为压电式发电技术的发展和改进提供详细的数据基础和实验依据。研究表明:当振动频率接近压电振子的谐振频率时,发电机有较高电压输出,而随着振动位移的增大,输出电压会线性增加,二者相比,振动位移对输出电压的影响更显著。发电机直接带负载的能力较弱,当外界负载与发电机内阻匹配时才能保持稳定的电压输出。对于不同尺寸的压电陶瓷来说,其长宽比越接近1,发电能力越强。     

一种隔离型三端口双向LCLC多谐振直流变换器

提出一种隔离型多谐振双向三端口直流变换器。LCLC多谐振结构具有三个谐振频率,通过参数设计令三个谐振频率分别为基频和三倍频的串联谐振频率以及二倍频的并联谐振频率。由于多谐振腔具有基频和三倍频两个串联谐振频率,因此可以对变换器中的基频和三倍频能量进行传递,提高能量传递效率。谐振腔电流为基频和三倍频电流的叠加,有效地降低了谐振腔电流峰值。此外,变换器采用移相控制方法实现三个端口间功率的灵活控制,并且通过调节不同负载情况下的驱动频率,保证了全负载范围内三个端口所有开关管的零电压软开关(ZVS)特性,有效地抑制了变换器的开关损耗,保证全负载范围内的高效率。同时,变压器的漏感作为谐振电感的一部分,削弱了变压器寄生参数对电路特性的影响。最后,设计一台1.5k W实验样机,其正向和反向的最高效率分别为96.7%和96.9%,功率在0.5k W以上时双向效率均高于95.5%,证明了变换器在全负载范围内的高效率特性。实验结果验证了理论分析的正确性与可行性。     

基于DSP频率跟踪式串联谐振变换器的研究

在静电除尘过程中,常对粉尘比电阻有一定要求。受温度、湿度以及粉尘浓度等影响,谐振频率发生改变,除尘效率大大降低,故提出了一种可自动跟踪频率的串联谐振全桥变换器以克服其局限性。首先建立了放电端的负载等值电路模型,分析了负载等效后的串联谐振电路的特性;然后设计了基于DSP的自动频率跟踪算法。实验结果表明,频率跟踪控制能较好地跟踪谐振频率。     

介质阻挡放电负载调功原理分析

利用电路谐振产生高频高幅值的正弦波电压的介质阻挡放电电源,通过调整电源的逆变电路的直流输入电压,同时逆变电路开关频率跟踪电路谐振频率,可以实现介质阻挡放电负载功率的近似线性调整。研究表明,随着逆变器直流输入电压的增加,负载放电电流逐渐增大,负载功率逐渐接近于给定直流电压下的电源输出的最大功率,负载功率因数逐渐增大,逆变器输出因数逐渐接近于1,电源效率逐渐增加。     

双定子直线振荡电机谐振特性分析

双定子直线振荡电机采用谐振弹簧式设计,电机工作特性与运行频率直接相关.为了使双定子直线振荡电机能够获得较好的工作性能,基于气体力负载等效线性化,对于电机进行了数学建模,从理论上分析了电机运行频率对于其工作特性的影响,并通过实验进行了验证.实验结果表明,直线振荡电机的等效机械谐振频率不仅与动子质量及弹簧刚度有关,还会受负载影响而变化,随排气压力的增大而增大;而电机功率因数则在空载状态下存在两个为1的最大值.当工作频率接近机械谐振频率时,电机达到同样的排气压力所需的电流及输入功率最小,效率最高;但此时功率因数并不为1,其大小与负载及驱动频率有关.为保证电机高效稳定的运行,应根据电机工作特性曲线确定额定负载所对应的机械谐振频率作为电机的额定运行频率.     

LLC谐振电路无传感器同步整流控制策略

针对同步整流驱动优劣改变会引起LLC谐振电路输出电压变化的特点,分析推导出了LLC电路输出电压与同步驱动时间成单峰关系曲线,根据峰值两侧驱动时间改变造成输出电压不同变化率的特点,提出一种无传感器同步整流控制策略。研究了LLC电路三种工作模式下的同步整流驱动时间调节策略,同时为实现同步整流快速调节,采用了变步长调节模式,最后分析了同步整流调节与谐振调节之间的动态关系。搭建了一个36~72V输入,1V/20A输出的实验样机用以验证控制策略正确性,实验结果表明对LLC电路在不同输入和负载条件下都可实现同步整流。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率跟踪研究

采用SS补偿结构的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统工作在过耦合区域时的频率分裂现象会导致基于逆变器输出电压和初级电流的频率跟踪方法无法始终跟踪固有谐振频率,从而降低系统的传输效率。在此分析了系统工作在过耦合和欠耦合情况下逆变器输出电压和次级电流的相位关系,设计了采用锁相环(PLL),基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪实验方案。实验结果表明采用基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪方法可以在任何互感和负载条件下始终跟踪系统的固有谐振频率而不受频率分裂现象的影响,从而提高系统的传输效率。