松耦合电能传输超声刀柄集成系统

发布时间：2017-08-10 10:06

  本文关键词：松耦合电能传输超声刀柄集成系统

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【摘要】：随着硬脆材料在航天航空、医学、机械、车辆、电子等领域的广泛应用,传统加工方法已无法满足其加工需求。旋转超声加工是加工硬脆材料的一种十分有效的加工手段,为了使旋转超声加工能够被广泛应用,本文采用松耦合旋转变压器,克服碳刷和滑环装置的种种缺陷,设计一款可方便安装和拆卸的超声刀柄集成系统,应用于普通数控铣床。其研究的主要内容和成果如下:(1)提出了刀柄集成系统的整体结构。根据数控铣床主轴结构尺寸,设计了刀柄集成系统的结构;根据夹心式压电换能器的设计理论并采用软件进行模态仿真,设计并制作了一个半波长的28KHz超声压电振子;将超声压电振子和松耦合旋转变压器集成于刀柄集成系统中,安装于铣床上,实现了松耦合旋转变压器初、次级的无接触式同轴旋转。(2)根据电磁原理推导得到松耦合旋转变压器的等效电路图,针对壶型磁芯和邻近型线圈的松耦合旋转变压器建立数学模型并采用软件仿真分析,以磁芯和线圈的尺寸为参数推导得出励磁电感和漏感的计算公式,并总结得到一个松耦合旋转变压器的设计流程图。依照设计流程图设计并制作一个松耦合旋转变压器。(3)根据松耦合旋转变压器具有较大漏感的特点设计超声波电源电路:以ATmega16A单片机作为控制器,输出两路PWM信号控制驱动芯片IR2114SS,从而驱动不对称半桥逆变电路中的2个IGBT;利用松耦合旋转变压器的次级漏感作为匹配电感,实现与压电换能器的调谐匹配;利用初级漏感与开关管的寄生电容谐振实现ZVS,研究了不对称半桥逆变电路一个完整开关周期中的电路状态,得出实现ZVS的条件。实验表明,电源实现了ZVS;超声换能器振子的振幅在一定范围内随电源电压的增加而变大。
【关键词】：旋转超声加工 松耦合 旋转变压器 漏感 不对称半桥
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究的背景10
• 1.2 旋转超声加工技术10-14
• 1.2.1 旋转超声加工原理及优势10-11
• 1.2.2 国内外旋转超声研究现状11-14
• 1.3 课题的来源和意义及主要研究内容14-16
• 1.3.1 课题来源14
• 1.3.2 课题的意义14-15
• 1.3.3 主要研究内容15-16
• 第2章 刀柄集成系统结构与超声压电振子设计16-27
• 2.1 整体结构方案设计16
• 2.2 刀柄集成系统结构设计16-18
• 2.2.1 刀柄连接结构设计17
• 2.2.2 磁芯支撑结构设计17-18
• 2.3 换能器的分析与设计18-25
• 2.3.1 超声换能器简介18-19
• 2.3.2 夹心式压电换能器设计理论19-22
• 2.3.3 超声压电振子的设计与制作22-25
• 2.4 刀柄集成系统组装25
• 2.5 本章小结25-27
• 第3章 松耦合旋转变压器的分析与设计27-47
• 3.1 松耦合旋转变压器电路分析27-30
• 3.1.1 传统紧耦合变压器27-29
• 3.1.2 松耦合旋转变压器电路模型29-30
• 3.2 松耦合旋转变压器的结构类型30-33
• 3.2.1 磁芯的种类30-31
• 3.2.2 磁芯材料31-32
• 3.2.3 线圈的结构32-33
• 3.3 松耦合旋转变压器励磁电感的分析33-34
• 3.4 松耦合旋转变压器漏感的分析34-36
• 3.5 仿真分析36-38
• 3.6 松耦合旋转变压器的设计38-46
• 3.6.1 松耦合旋转变压器设计流程38-41
• 3.6.2 松耦合旋转变压器的设计制作与测量分析41-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第4章 超声波电源设计47-73
• 4.1 整体设计方案47
• 4.2 逆变电路47-50
• 4.2.1 开关器件的选择47-48
• 4.2.2 逆变拓扑的选择48-50
• 4.3 驱动与保护电路50-56
• 4.3.1 IGBT栅极驱动要求50
• 4.3.2 IGBT保护要求50-51
• 4.3.3 IR2114SS驱动及保护芯片51-56
• 4.4 控制电路56-58
• 4.4.1 ATmega16A控制器56-57
• 4.4.2 ATmega16A的定时器/计数器 157-58
• 4.5 匹配电路58-60
• 4.5.1 阻抗匹配58-59
• 4.5.2 调谐匹配59-60
• 4.6 不对称半桥逆变电路的软开关60-68
• 4.6.1 不对称半桥电路简化60-61
• 4.6.2 基本工作原理61-63
• 4.6.3 开关过程分析63-67
• 4.6.4 ZVS条件分析67-68
• 4.7 实验测量68-72
• 4.8 本章小结72-73
• 第5章 研究总结与展望73-75
• 5.1 总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 在学期间发表的学术论文79

【参考文献】

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1 祝锡晶,王爱玲,辛志杰,袁艺,徐鸿钧;超声珩磨在发动机缸套光整加工中的应用研究[J];兵工学报;2003年01期

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本文编号：650114