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用于压电振子的高频逆变器拓扑研究

作　者: 王亮
导　师: 郑颖楠
学　校: 燕山大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 压电振子超声波发生器高频逆变阶梯波正弦波
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

功率超声技术凭其独特的优点在国民经济各部门日益广泛应用。目前超声设备由采用大功率电子管或高频可控硅发展到全控型电子器件。随着新理论、新技术、新器件的不断出现和成熟,超声技术必将充分发挥其优势,在各领域产生更大作用。本文涉及的功率超声系统主要由高频超声波电源和压电振子两部分组成。高频超声波电源为压电振子提供电能,压电振子将电能转为动能。本文主要对提出的高频超声波电源拓扑进行理论分析和设计。本文首先对压电材料的压电效应和压电方程进行了深入的研究,并对压电振子的振动模式和相关参量进行了细致的分析,然后分析了压电振子的等效电路并确立了其等效模型及匹配电路。其次,针对超声波焊接对超声波电源的具体要求,提出了电源主电路方案和功率变换器主电路基本结构。设计了整流滤波电路、功率放大电路、驱动电路等。此外,分析了主电路部分的整流滤波、功率变换等环节,给出了参数计算和选择的方法。然后提出了阶梯波高频逆变器和谐振正弦波高频逆变器作为超声波电源,并进行了理论分析、设计、仿真及实验。最后给出了相应的实验波形,验证了电路的工作原理和相应的理论分析,证明了其良好的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-20
  1.1 引言  9-13
  1.2 超声换能器  13-14
  1.3 超声电源——功率超声发生器  14-19
  1.4 本文的主要研究内容  19-20
第2章压电振子理论基础  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 压电效应与压电振子  20-23
    2.2.1 压电效应与压电方程  20-21
    2.2.2 压电振子与振动模式  21-22
    2.2.3 相关参量  22-23
  2.3 压电振子的等效电路  23-31
    2.3.1 无损耗压电振子的等效电路  23-27
    2.3.2 有损耗压电振子的等效电路  27-31
  2.4 压电振子的谐振特性  31-32
  2.5 超声振动系统的阻抗匹配设计  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章单相全桥逆变器设计、仿真及实验  34-53
  3.1 引言  34
  3.2 主回路部分的设计  34-39
    3.2.1 整流电路部分  34-36
    3.2.2 逆变桥主电路设计  36-39
  3.3 控制及驱动电路的设计  39-43
    3.3.1 脉宽调制电路  39-41
    3.3.2 驱动电路  41-43
  3.4 输出LC 滤波器及高频功率变压器设计  43-49
    3.4.1 输出LC 低通滤波器设计及变压器变比确立  43-44
    3.4.2 滤波电感的设计  44-46
    3.4.3 高频变压器的设计  46-47
    3.4.4 高频变压器偏磁抑制电路的设计  47-49
  3.5 系统开环仿真及实验  49-52
    3.5.1 系统开环仿真结果及分析  49-50
    3.5.2 系统开环实验结果及分析  50-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章阶梯波逆变器设计、仿真及实验  53-71
  4.1 引言  53
  4.2 多重叠加的原理  53-59
    4.2.1 多重叠加法的谐波分组特性  53-56
    4.2.2 三个单相桥式逆变器的串联叠加  56-59
  4.3 四桥臂阶梯波逆变器工作原理  59-63
    4.3.1 主电路拓扑结构  59
    4.3.2 控制原理  59-63
  4.4 系统主回路设计  63-65
  4.5 系统开环仿真及实验  65-70
    4.5.1 系统开环仿真结果及分析  65-67
    4.5.2 系统开环实验结果及分析  67-70
  4.6 本章小结  70-71
第5章正弦波逆变器设计、仿真及实验  71-87
  5.1 引言  71
  5.2 工作原理  71-78
    5.2.1 逆变器拓扑结构  71-73
    5.2.2 谐振逆变器工作过程  73-75
    5.2.3 开关转换时工作状态分析  75-78
  5.3 系统主回路设计  78-79
  5.4 系统开环仿真及实验  79-86
    5.4.1 系统开环仿真结果及分析  79-82
    5.4.2 系统开环实验结果及分析  82-86
  5.5 本章小结  86-87
结论  87-89
参考文献  89-94
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  94-95
致谢  95-96
作者简介  96

用于压电振子的高频逆变器拓扑研究

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