超声波清洗机用发生器的研制

论文摘要

目前很多工业产品的清洗密度要求高、盲孔多、清洗难度大,普通清洗方法很难奏效,超声清洗则可以很好的解决这些难题。超声波清洗所用的压电式换能器必须工作在谐振状态下才能达到最大效率,目前常用的并联谐振设计虽然保证了谐振频率却降低了输出功率,达不到最大的效率,而目前常用的全桥逆变结构虽然输出功率大,但稳定性差,桥间易失衡,针对以上这些问题的研究,本文取得以下结果:1.研制了串联匹配电感电路,并采用串联匹配方式与换能器匹配,实现了换能器稳定工作在谐振频率上。2.通过理论分析,确定主功率电路中应采用半桥逆变拓扑结构,研制了相关电路包括:整流滤波电路、功率匹配电路、信号驱动电路,这些电路保证了功率输出满足清洗要求。3.设计了散热、延时保护、过流保护、缓冲保护、过热保护电路和装置,实现了发生器长时间稳定工作制作电路PCB并组装样机后,经过测试样机的规格如下:输入220V 50Hz,输出578±20V 22kHz,瞬时功率最大值为4.16±0.1kw,样机经测试能连续工作5000小时以上。经实际使用后,对工件能达到较好的清洗效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 功率超声概述
• 1.1.1 超声焊接
• 1.1.2 超声波加工
• 1.1.3 超声医疗
• 1.1.4 超声清洗
• 1.2 超声清洗的原理
• 1.3 超声波发生器的进展
• 1.3.1 超声波发生器发展的几个阶段
• 1.3.2 PWM 技术的运用
• 1.3.3 频率跟踪技术的运用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 超声波换能器及其匹配电路
• 2.1 换能器调谐匹配
• 2.1.1 换能器种类
• 2.1.2 压电式换能器阻抗分析
• 2.1.3 两种调谐匹配方法的选择
• 2.2 换能器的阻抗匹配
• 2.2.1 阻抗匹配的基本原理
• 2.2.2 阻抗匹配的方法
• 2.3 电感以及脉冲变压器设计
• 2.3.1 磁性材料的选择
• 2.3.2 磁芯形状的选择
• 2.3.3 变压器参数计算
• 2.3.4 电感参数计算
• 3 超声波发生器主功率电路设计
• 3.1 整流滤波电路设计
• 3.2 逆变电路设计
• 3.2.1 逆变电路拓扑结构选择
• 3.2.2 逆变电路设计
• 3.3 主功率电路的输出结果
• 3.4 超声波清洗机的电气控制
• 3.5 超声波清洗效果
• 4 驱动与保护电路设计
• 4.1 驱动电路的设计和输出结果
• 4.1.1 IGBT 的驱动
• 4.1.2 PWM 驱动信号发生
• 4.1.3 驱动信号的放大
• 4.2 保护电路设计
• 4.2.1 555 延时电路
• 4.2.2 过流保护电路
• 4.2.3 缓冲电路
• 4.2.4 散热保护
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 部份 PLC 程序
• 附录 2 PCB 图