超声波塑料焊接机用驱动电源研制

发布时间：2020-12-17 18:49

　　在塑料件的超声焊接过程中,换能器发热将导致谐振频率发生漂移,使得系统工作在非谐振的状态下,造成驱动电源损耗增加且输出功率不稳定,严重劣化塑料焊接的质量。因此,研究开发能够进行频率快速跟踪以及输出功率连续可调的超声波焊接驱动电源具有重要的实际应用价值。论文围绕传统超声波塑料焊接驱动电源存在输出功率不稳定以及频率跟踪响应慢、负载突变易失锁等问题展开研究,并设计了2kW超声波塑料焊接用驱动电源。首先,在对超声波塑料焊接驱动电源需求分析的基础之上,进行了主电路拓扑结构分析。结合设计需求,采用全桥不控整流电路,并设计了以IGBT为开关管的全桥逆变电路。针对传统的匹配电路存在滤波、谐振匹配等方面的问题,设计了LCL型匹配电路,具有滤波、变阻性好等优点。其次,对驱动电源控制电路的总体结构进行了设计,控制系统以DSP为主控制芯片,同时设计了电压电流采样电路、信号调理电路、相位检测电路、真有效值转换电路、驱动电路等。之后,基于积分分离PI控制结合数字频率合成技术DDS进行了频率自动跟踪控制设计,解决了传统超声波驱动电源存在频率跟踪响应慢、易失锁现象,并且频率分辨率可达到1Hz。针对输出功率调节问题,采用... 

【文章来源】：湖北工业大学湖北省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

超声波驱动电源总体框图

湖北工业大学硕士学位论文9电路部分，将控制电路输出的驱动信号进行放大，驱动IGBT功率开关管的开通与关断，使得换能器工作在谐振状态，实现自动调节输出功率以及频率自动跟踪。2.1.2超声波驱动电源主电路拓扑结构主电路部分是超声波电源的核心，实现直流电向高频交流电的转换，传统超声波电源主电路多采用半桥逆变电路，通过专门调功硬件电路斩波电路调功，考虑到本设计驱动电源功率较大，调功与调频在逆变部分完成，设计超声波驱动电源主电路拓扑结构如图2.3所示。图2.3超声波驱动电源主电路拓扑结构由图2.3所示，主电路输入单相交流220V输入，整流电路采用不控整流电路，后接LC滤波电路，L1为平波电抗器，C1为滤波电容，逆变电路采用4个IGBT开关管组成全桥逆变电路，4个IGBT开关管分别并联一个续流二极管以及一个缓冲电容，匹配电路采用LCL型匹配电路。下面将对各部分进行具体设计选型。2.2整流滤波电路的设计2.2.1整流电路的选择根据采用元器件的不同，将整流电路可分为不控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。根据交流输入相的不同，又可以分为单相整流电路以及多相整流电路。由于本设计输入为单相工频交流电源，因此本文只讨论单相整流电路。具体单相整流电路可分为单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相半波不控整流电路、单相桥式不控整流电路、单相全波不控整流电路。具体电路如图2.4所示。将晶闸管替换为二极管，就可将全控整流电路变为不控整流电路。

湖北工业大学硕士学位论文10图2.4整流电路图单相半波可控整流电路如图2.4a)，整个电路由1个晶闸管，变压器以及阻性负载组成。晶闸管可认为是理想开关器件，触发延迟角为α。当变压器二次侧电压U工作在正半周期，此时晶体管VT1承受正向压降，在t1时刻给晶体管施加触发脉冲，此时晶体管VT1导通，阻性负载两端电压Ud与变压器二次侧电压U一样，电路中有电流流过。当变压器二次侧电压U工作与负半周期时，此时晶闸管VT1处于关断状态，晶闸管承受反向压降为2U，阻性负载两端电压Ud的大小降为0，电路中没有电流。由此可见，改变晶体管的触发时间即可改变输出电压。直流输出电压Ud的平均值为0.45U(1+cosα)/2。直流输出电压Ud只出现在输入电压的正半周，所以这种电路称之为半波整流电路。单相半波不控整流电路如图2.4b)，与单相半波可控整流电路相比，整个电路将晶闸管变换成不可控二极管，当变压器二次侧电压U工作于负半周期时，二极管反向截止，其承受反向电压为2U，阻性负载两端电压Ud的大小为0，电路中无电流流过。当变压器二次侧电压U工作在正半周期时，二极管导通，阻性负载两端电压Ud的大小为变压器二次侧电压U。此时直流输出电压的平均值为0.45U。单相全波可控整流电路如图2.4c），整个电路由变压器、两个晶闸管以及阻性负载组成，变压器T带中心抽头。当变压器二次侧电压U工作在正半周期时，VT1承受正向电压，VT2承受反向电压，在还没有给晶闸管触发脉冲时，VT1不导通，Ud的大小为0，电路中没有电流。在触发延时角为α时，给晶闸管发出触发脉冲，此时VT1承受正向电压导通，电流经VT1-R流回变压器，阻性负载两端电压

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本文编号：2922512