超聲電源匹配特性的研究.pdf

1、超聲加工過(guò)程中，往往要在超聲電源與振動(dòng)系統(tǒng)之間設(shè)置匹配電路，調(diào)諧和變阻是匹配電路的主要作用，占有相當(dāng)重要的地位。超聲電源匹配性能的優(yōu)劣不僅決定著整個(gè)系統(tǒng)能否高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，還將左右整個(gè)設(shè)備的技術(shù)性能，甚至?xí)绊懗曤娫醇罢駝?dòng)系統(tǒng)各器件的使用壽命。
　　然而，由于各種外界因素及超聲振動(dòng)系統(tǒng)自身因數(shù)的原因，常常會(huì)造成匹配電路不能準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)諧和變阻，造成振動(dòng)系統(tǒng)輸出功率下降，系統(tǒng)效率降低。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文對(duì)匹配電路進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

2、r>　　匹配電路分為靜態(tài)匹配和動(dòng)態(tài)匹配兩種方式。對(duì)于靜態(tài)匹配電路，本文選用調(diào)節(jié)方便、可調(diào)電參數(shù)多的T型匹配電路。目前關(guān)于T型網(wǎng)絡(luò)的研究?jī)H停留在其結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)方式及其作用層面上，并未對(duì)各個(gè)電參量數(shù)值的正確選取做過(guò)說(shuō)明。一般T型匹配電路中電參數(shù)的確定是通過(guò)換能器自身參數(shù)而定的，然后通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，換能器與整個(gè)超聲振動(dòng)系統(tǒng)連接后，由于傳振桿、變幅器、支撐架等器件及其連接問(wèn)題的存在，換能器的動(dòng)態(tài)電阻R1將有較大幅度的變動(dòng)，而動(dòng)態(tài)電阻R1是確定T型匹

3、配電路最重要的因素。因此，僅考慮換能器自身而忽視振動(dòng)系統(tǒng)其他器件所設(shè)計(jì)的匹配電路不能很好地起到調(diào)諧匹配的作用，這將會(huì)使振動(dòng)系統(tǒng)在施加動(dòng)態(tài)負(fù)載前就處于失諧的狀態(tài)。此外，對(duì)于動(dòng)態(tài)匹配電路，超聲振動(dòng)系統(tǒng)在施加負(fù)載后，由于負(fù)載的劇烈變動(dòng)，常常會(huì)引起振動(dòng)的失諧現(xiàn)象。因此，本文主要通過(guò)研究靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種匹配方式來(lái)改善超聲電源的匹配特性。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)介紹超聲加工技術(shù)和超聲電源的興起及在當(dāng)前世界各國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r，并

4、分別介紹了超聲電源的三個(gè)發(fā)展階段及超聲電源在電路匹配中存在的問(wèn)題，提出總體的解決的方法。
　　(2)分析超聲電源的工作原理及其內(nèi)部各個(gè)模塊的工作過(guò)程，針對(duì)本實(shí)驗(yàn)所用超聲電源的特性對(duì)超聲電源內(nèi)部各個(gè)模塊電路進(jìn)行選擇，為匹配電路和超聲振動(dòng)系統(tǒng)的分析做準(zhǔn)備。
　　(3)根據(jù)超聲振動(dòng)系統(tǒng)壓電換能器和超聲變幅器的工作情況，利用力-電等效模型，推導(dǎo)了壓電換能器的等效電路及阻抗圓圖，并對(duì)換能器等效電路中相關(guān)電參數(shù)的計(jì)算及換能器諧振時(shí)的振動(dòng)

5、頻率進(jìn)行分析說(shuō)明。
　　(4)針對(duì)換能器靜態(tài)匹配電路中匹配不準(zhǔn)確問(wèn)題，將振動(dòng)系統(tǒng)其他器件所引起的動(dòng)態(tài)電阻的變化統(tǒng)一進(jìn)行考慮，利用動(dòng)態(tài)電阻R1與T型網(wǎng)絡(luò)電參數(shù)間的影響關(guān)系及匹配電路的兩個(gè)匹配條件，重新優(yōu)化調(diào)整T型匹配電路中的三個(gè)電參量。
　　(5)利用Multisim軟件對(duì)超聲電源內(nèi)部主電路的工作進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證仿真結(jié)果與理論計(jì)算是否相一致。將優(yōu)化后的T型匹配電路接入換能器等效電路并進(jìn)行仿真，驗(yàn)證優(yōu)化后T型匹配電路在動(dòng)態(tài)電阻