在塑料件的超聲焊接過程中,換能器發(fā)熱將導(dǎo)致諧振頻率發(fā)生漂移,使得系統(tǒng)工作在非諧振的狀態(tài)下,造成驅(qū)動(dòng)電源損耗增加且輸出功率不穩(wěn)定,嚴(yán)重劣化塑料焊接的質(zhì)量。因此,研究開發(fā)能夠進(jìn)行頻率快速跟蹤以及輸出功率連續(xù)可調(diào)的超聲波焊接驅(qū)動(dòng)電源具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。論文圍繞傳統(tǒng)超聲波塑料焊接驅(qū)動(dòng)電源存在輸出功率不穩(wěn)定以及頻率跟蹤響應(yīng)慢、負(fù)載突變易失鎖等問題展開研究,并設(shè)計(jì)了2kW超聲波塑料焊接用驅(qū)動(dòng)電源。首先,在對(duì)超聲波塑料焊接驅(qū)動(dòng)電源需求分析的基礎(chǔ)之上,進(jìn)行了主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析。結(jié)合設(shè)計(jì)需求,采用全橋不控整流電路,并設(shè)計(jì)了以IGBT為開關(guān)管的全橋逆變電路。針對(duì)傳統(tǒng)的匹配電路存在濾波、諧振匹配等方面的問題,設(shè)計(jì)了LCL型匹配電路,具有濾波、變阻性好等優(yōu)點(diǎn)。其次,對(duì)驅(qū)動(dòng)電源控制電路的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),控制系統(tǒng)以DSP為主控制芯片,同時(shí)設(shè)計(jì)了電壓電流采樣電路、信號(hào)調(diào)理電路、相位檢測(cè)電路、真有效值轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路等。之后,基于積分分離PI控制結(jié)合數(shù)字頻率合成技術(shù)DDS進(jìn)行了頻率自動(dòng)跟蹤控制設(shè)計(jì),解決了傳統(tǒng)超聲波驅(qū)動(dòng)電源存在頻率跟蹤響應(yīng)慢、易失鎖現(xiàn)象,并且頻率分辨率可達(dá)到1Hz。針對(duì)輸出功率調(diào)節(jié)問題,采用... 

【文章來(lái)源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

超聲波驅(qū)動(dòng)電源總體框圖

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文9電路部分，將控制電路輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)IGBT功率開關(guān)管的開通與關(guān)斷，使得換能器工作在諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率以及頻率自動(dòng)跟蹤。2.1.2超聲波驅(qū)動(dòng)電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主電路部分是超聲波電源的核心，實(shí)現(xiàn)直流電向高頻交流電的轉(zhuǎn)換，傳統(tǒng)超聲波電源主電路多采用半橋逆變電路，通過專門調(diào)功硬件電路斬波電路調(diào)功，考慮到本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源功率較大，調(diào)功與調(diào)頻在逆變部分完成，設(shè)計(jì)超聲波驅(qū)動(dòng)電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3超聲波驅(qū)動(dòng)電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由圖2.3所示，主電路輸入單相交流220V輸入，整流電路采用不控整流電路，后接LC濾波電路，L1為平波電抗器，C1為濾波電容，逆變電路采用4個(gè)IGBT開關(guān)管組成全橋逆變電路，4個(gè)IGBT開關(guān)管分別并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管以及一個(gè)緩沖電容，匹配電路采用LCL型匹配電路。下面將對(duì)各部分進(jìn)行具體設(shè)計(jì)選型。2.2整流濾波電路的設(shè)計(jì)2.2.1整流電路的選擇根據(jù)采用元器件的不同，將整流電路可分為不控整流電路、半控整流電路和全控整流電路。根據(jù)交流輸入相的不同，又可以分為單相整流電路以及多相整流電路。由于本設(shè)計(jì)輸入為單相工頻交流電源，因此本文只討論單相整流電路。具體單相整流電路可分為單相半波可控整流電路、單相橋式全控整流電路、單相全波可控整流電路、單相半波不控整流電路、單相橋式不控整流電路、單相全波不控整流電路。具體電路如圖2.4所示。將晶閘管替換為二極管，就可將全控整流電路變?yōu)椴豢卣麟娐贰?

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2.4整流電路圖單相半波可控整流電路如圖2.4a)，整個(gè)電路由1個(gè)晶閘管，變壓器以及阻性負(fù)載組成。晶閘管可認(rèn)為是理想開關(guān)器件，觸發(fā)延遲角為α。當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓U工作在正半周期，此時(shí)晶體管VT1承受正向壓降，在t1時(shí)刻給晶體管施加觸發(fā)脈沖，此時(shí)晶體管VT1導(dǎo)通，阻性負(fù)載兩端電壓Ud與變壓器二次側(cè)電壓U一樣，電路中有電流流過。當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓U工作與負(fù)半周期時(shí)，此時(shí)晶閘管VT1處于關(guān)斷狀態(tài)，晶閘管承受反向壓降為2U，阻性負(fù)載兩端電壓Ud的大小降為0，電路中沒有電流。由此可見，改變晶體管的觸發(fā)時(shí)間即可改變輸出電壓。直流輸出電壓Ud的平均值為0.45U(1+cosα)/2。直流輸出電壓Ud只出現(xiàn)在輸入電壓的正半周，所以這種電路稱之為半波整流電路。單相半波不控整流電路如圖2.4b)，與單相半波可控整流電路相比，整個(gè)電路將晶閘管變換成不可控二極管，當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓U工作于負(fù)半周期時(shí)，二極管反向截止，其承受反向電壓為2U，阻性負(fù)載兩端電壓Ud的大小為0，電路中無(wú)電流流過。當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓U工作在正半周期時(shí)，二極管導(dǎo)通，阻性負(fù)載兩端電壓Ud的大小為變壓器二次側(cè)電壓U。此時(shí)直流輸出電壓的平均值為0.45U。單相全波可控整流電路如圖2.4c），整個(gè)電路由變壓器、兩個(gè)晶閘管以及阻性負(fù)載組成，變壓器T帶中心抽頭。當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓U工作在正半周期時(shí)，VT1承受正向電壓，VT2承受反向電壓，在還沒有給晶閘管觸發(fā)脈沖時(shí)，VT1不導(dǎo)通，Ud的大小為0，電路中沒有電流。在觸發(fā)延時(shí)角為α?xí)r，給晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖，此時(shí)VT1承受正向電壓導(dǎo)通，電流經(jīng)VT1-R流回變壓器，阻性負(fù)載兩端電壓

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