超聲電源匹配特性的研究.pdf

1、超聲加工過程中，往往要在超聲電源與振動系統(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)劣不僅決定著整個系統(tǒng)能否高效率的運轉(zhuǎn)，還將左右整個設(shè)備的技術(shù)性能，甚至?xí)绊懗曤娫醇罢駝酉到y(tǒng)各器件的使用壽命。
　　然而，由于各種外界因素及超聲振動系統(tǒng)自身因數(shù)的原因，常常會造成匹配電路不能準確地進行調(diào)諧和變阻，造成振動系統(tǒng)輸出功率下降，系統(tǒng)效率降低。針對這一現(xiàn)象，本文對匹配電路進行改進和創(chuàng)新。

2、r>　　匹配電路分為靜態(tài)匹配和動態(tài)匹配兩種方式。對于靜態(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)的研究僅停留在其結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)方式及其作用層面上，并未對各個電參量數(shù)值的正確選取做過說明。一般T型匹配電路中電參數(shù)的確定是通過換能器自身參數(shù)而定的，然后通過分析發(fā)現(xiàn)，換能器與整個超聲振動系統(tǒng)連接后，由于傳振桿、變幅器、支撐架等器件及其連接問題的存在，換能器的動態(tài)電阻R1將有較大幅度的變動，而動態(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系統(tǒng)其他器件所設(shè)計的匹配電路不能很好地起到調(diào)諧匹配的作用，這將會使振動系統(tǒng)在施加動態(tài)負載前就處于失諧的狀態(tài)。此外，對于動態(tài)匹配電路，超聲振動系統(tǒng)在施加負載后，由于負載的劇烈變動，常常會引起振動的失諧現(xiàn)象。因此，本文主要通過研究靜態(tài)和動態(tài)兩種匹配方式來改善超聲電源的匹配特性。
　　本文主要研究內(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)前世界各國的發(fā)展狀況，并

4、分別介紹了超聲電源的三個發(fā)展階段及超聲電源在電路匹配中存在的問題，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)部各個模塊的工作過程，針對本實驗所用超聲電源的特性對超聲電源內(nèi)部各個模塊電路進行選擇，為匹配電路和超聲振動系統(tǒng)的分析做準備。
　　(3)根據(jù)超聲振動系統(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，并對換能器等效電路中相關(guān)電參數(shù)的計算及換能器諧振時的振動

5、頻率進行分析說明。
　　(4)針對換能器靜態(tài)匹配電路中匹配不準確問題，將振動系統(tǒng)其他器件所引起的動態(tài)電阻的變化統(tǒng)一進行考慮，利用動態(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匹配條件，重新優(yōu)化調(diào)整T型匹配電路中的三個電參量。
　　(5)利用Multisim軟件對超聲電源內(nèi)部主電路的工作進行仿真分析，驗證仿真結(jié)果與理論計算是否相一致。將優(yōu)化后的T型匹配電路接入換能器等效電路并進行仿真，驗證優(yōu)化后T型匹配電路在動態(tài)電阻