陶瓷磨边超声加工电源的研究与设计

发布时间：2017-05-19 14:20

  本文关键词：陶瓷磨边超声加工电源的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超声技术是20世纪发展起来的高新技术,是一门新兴的多学科交叉的综合性较强的边缘学科,是以物理学、电子学、机械学和材料学为基础,各行各业都要遇上的通用技术之一。随着社会的发展和技术的进步,超声技术广泛应用于医疗检测、模具制造、冶金、塑焊加工、超声加工等,其中超声加工就是一个很重要的应用。由于超声加工相比传统加工有诸多的优点,因此有必要对其进行研究。超声加工设备主要包括机械装置和超声电源两大部分,本文主要对超声加工技术中电源部分进行研究,并应用在陶瓷超声磨边设备上做了相关的实验,主要研究内容包括：(1)简要阐述了文章的研究背景及意义,回顾了超声加工技术的发展历程,深入了解了陶瓷磨边加工技术的发展历程和研究现状,探讨了超声电源的研究现状和发展趋势。(2)阐述了陶瓷磨边超声加工原理,分析了超声换能器的特性并设计出了相应的匹配电路,根据实际情况提出了超声电源的设计要求,确定了超声电源系统的总体方案。(3)详细介绍了超声电源硬件系统的设计,包括功率调节电路、高频逆变电路、反馈电路及驱动和保护电路等主要硬件组成部分。其中逆变电路结合DDS技术,采用高频率精度的信号发生器使逆变输出的频率精度达到1Hz,提高了超声电源系统的频率分辨率和性能。(4)对超声电源的频率控制和功率控制进行研究,结合陶瓷磨边加工和超声换能器的特性,设计出了开机扫频及运行时的自动频率跟踪的频率控制方法和恒功率输出模式的功率控制方法。电源开启后,通过开机扫频的方式能够搜索到换能器的谐振频率,确保换能器工作在谐振频率附近,而自动频率跟踪保证了运行时频率跟踪的实时性。(5)设计出了实验样机,对超声电源系统的电路特性、扫频及频率跟踪性能和功率控制等进行了实验测试,并详细分析了实验数据和实验波形。实验结果表明：本文设计的超声电源样机达到了预期的效果,能够实现准确的扫频和快速的频率跟踪,频率跟踪效果良好,并且能够工作在恒功率输出模式。在陶瓷磨边设备上进行磨边加工,能够显著减少切削力。
【关键词】：超声加工 超声电源 频率跟踪 恒功率 陶瓷磨边
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ174.627;TB559
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• Contents11-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 引言14
• 1.2 课题研究背景及意义14-15
• 1.3 超声技术的研究现状15-21
• 1.3.1 超声加工技术的研究现状15-16
• 1.3.2 陶瓷磨边的研究现状16-19
• 1.3.3 超声电源的研究现状19-21
• 1.4 课题研究内容及章节安排21
• 1.5 本章小结21-23
• 第二章 超声电源的总体方案研究23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 超声加工原理23-24
• 2.3 换能器的特性分析24-31
• 2.3.1 换能器的电学模型24-26
• 2.3.2 换能器的匹配设计26-31
• 2.4 超声电源的总体方案31-33
• 2.4.1 超声电源的设计要求31
• 2.4.2 系统总体方案31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 超声电源硬件系统设计34-61
• 3.1 引言34
• 3.2 功率调节电路设计34-41
• 3.2.1 整流滤波分析35-37
• 3.2.2 同步Buck电路分析37-41
• 3.3 高频逆变电路设计41-47
• 3.3.1 逆变电路选择和工作分析41-43
• 3.3.2 高频率精度的信号发生电路43-46
• 3.3.3 功率开关器件的选择46-47
• 3.4 高频变压器设计47-49
• 3.5 电压电流采样及相位检测电路的设计49-55
• 3.6 驱动及保护电路设计55-59
• 3.7 本章小结59-61
• 第四章 超声电源控制系统设计61-74
• 4.1 引言61
• 4.2 频率跟踪的程序设计61-66
• 4.2.1 开机时的扫频程序设计61-63
• 4.2.2 运行时频率跟踪的程序设计63-66
• 4.3 功率控制的程序设计66-69
• 4.3.1 功率控制的工作原理66-67
• 4.3.2 数字PID调节器的设计67-69
• 4.4 中断保护的程序设计69-70
• 4.5 人机交互系统设计70-72
• 4.6 本章小结72-74
• 第五章 超声电源的调试及分析74-89
• 5.1 引言74-75
• 5.2 静态调试及分析75-79
• 5.2.1 信号发生器及死区产生电路的调试和分析75-76
• 5.2.2 驱动电路的调试及分析76-77
• 5.2.3 反馈电路的调试及分析77-79
• 5.3 主电路调试及分析79-82
• 5.3.1 同步Buck电路测试及分析80-81
• 5.3.2 半桥逆变电路的测试及分析81-82
• 5.4 频率跟踪测试及分析82-86
• 5.4.1 开机扫频实验及分析83
• 5.4.2 运行时频率跟踪实验及分析83-86
• 5.5 功率控制实验及分析86
• 5.6 陶瓷磨边实验与分析86-87
• 5.7 本章小结87-89
• 结论与展望89-91
• 参考文献91-95
• 攻读学位期间发表论文95-97
• 致谢9

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