超声喷丸换能器的高电压阻抗匹配设计

研究了超声喷丸换能器在不同电压下的阻抗特性,设计了针对高电压驱动工况的阻抗匹配方法。首先,采用功率放大器和示波器获取高电压下换能器两端的电压、电流以及相位差,计算得到阻抗特性曲线;其次,以工作频率下的阻抗为基准,计算并联匹配和串联匹配时的电感值,通过对比优选负载电路呈纯阻性的匹配方式,实现有功功率的最大化;最后,将匹配电路结合自制的驱动电源设计了超声喷丸成形驱动系统,利用激光位移传感器对比了匹配前后喷丸枪撞针振幅的变化。结果表明,当以2.6 mH电感串联匹配时测得接入匹配电路后喷丸撞针冲击振幅由2.7 mm升至4.9 mm,验证了所提匹配方法的有效性。     

超声换能器过固有谐振区匹配理论

超声压电换能器是一个能量转换系统,在超声波振动加工中将超声波电源输出的电能转换为机械振动,由于超声压电换能器是一个容性负载,为保证超声电源输出的电能有效地转换为超声压电换能器的机械振动,需要在超声电源和超声压电换能器之间加一个适当大小的电感进行匹配,但超声压电换能器又是一个强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗特性以及机械振动特性差别显著,因此如何将超声压电换能器匹配在一个恰当的工作频率,是提高振动加工质量的关键.通过正确选取超声压电换能器的等效电路模型,并对由此推导出的阻抗圆进行深入分析、研究,可以得出:如将换能器工作频率匹配在大于其内部固有谐振频率的某一频段,可以使换能器振幅最大,振动波形质量也最好,是换能器的最佳工作频段,从而提出超声压电换能器"过固有谐振区"匹配理论.试验结果证明该理论正确.     

旋转型超声电机伺服特性探讨

旋转型超声电机机械特性不能全面反映它的运行特性。为了更好地将旋转型超声电机应用于伺服系统,有必要对旋转型超声电机的运行特性进行全面的研究。为此,笔者搭建了一个测量旋转型超声电机运行特性试验系统,以江苏丰科超声电机科技有限公司早期生产的TRUM-60型超声电机为试件,在固定输出频率和固定输出电压两种情况下,得到TRUM-60型超声电机的机械特性曲线族和调节特性曲线族。实验结果表明,该型超声电机的机械特性和调节特性均为单值函数,它们都满足伺服系统对伺服电机运行特性的要求。因此,TRUM-60型超声电机能够作为伺服电机而使用。     

旋转型行波超声电机网络的性能测试和仿真

行波超声电机是新型电机,利用能量转换摩擦传递超声波振动,产生动力,其结构简单、性能优越和发展迅速。旋转型适合在医疗、航空航天等精密领域中使用。本文介绍了超声电机的工作原理和分类等,着重分析了不同温度下对电机工作频率、机械特性和摩擦材料等的变化情况。旋转型行波超声电机的性能随温度的升高呈下降趋势。     

傅里叶变换的行波型中空超声电机的系统效率

由于行波型中空超声电机的驱动信号为高压、高频信号,因此,由行波型中空超声电机及其驱动器组成的系统的各级功率与效率不容易获取,这些因素均影响到后续对行波型中空超声电机性能的研究。针对此问题,首先,通过傅里叶变换的方法对超声电机驱动信号进行处理,构建了电机及其驱动系统各级效率的计算方法;然后,通过实验获取了行波型中空超声电机及其驱动器组成的系统的效率,并进一步研究了驱动频率、驱动电压及谐振匹配点对系统效率的影响。实验表明:驱动频率越靠近谐振频率,系统总效率越高;驱动电压越大,系统总效率越高;驱动电路匹配的谐振点远远高于电机机械谐振频率,使得驱动信号频率介于电路谐振频率和机械谐振频率之间时系统的效率最高。     

行波型旋转超声电机的低温特性

将行波型旋转超声电机的定子环形体等效为压电复合梁模型,考虑温度分别对压电材料和定子金属基体的影响,引入温度影响系数得到温度对超声电机共振频率影响的数学模型,通过对模型进行计算机仿真,分析了电机共振频率随温度的变化。建立了超声电机在低温下的试验测试系统,测试了低温环境下电机的机械特性,以及摩擦材料对电机转速稳定性的影响。对比常温和低温下摩擦材料表面的形貌显示,低温对磨擦界面的影响较小。总之,目前研制的行波型旋转超声电机在低温下的性能有所下降,在超低温环境中性能变化则较大。     

超声电机的驱动控制

综述与评价新型驱动装置——超声电机的驱动控制系统.     

基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

针对直线超声电机机械特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统,为测试的直线电机提供加载,配置的压力传感器与直线型光电编码器分别用于电机输出力与速度的测量,利用虚拟仪器技术搭建了测试硬件平台。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计,以实现各自的功能。利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械特性进行了测试,测试结果证实该测试系统的可行性,为直线超声电机机械特性测试提供了所必需的条件。     

超声电机的阻抗角特性及其控制技术研究

阻抗角特性是超声电机的一个重要特性,在超声电机的频率跟踪技术中也是一个重要特性,深入研究超声电机的阻抗角特性有利于在实践中更好地掌握电机的控制特性。现根据超声电机的工作特点,深入分析了超声电机的阻抗角特性,对一种基于阻抗角特性的频率跟踪技术进行了探讨,阐述了该技术的特性,并通过实验进行了验证。     

直线超声电机的研究进展

文中概述了直线超声电机特点、类型、驱动原理及其在国内外的发展研究现状，展望了直线超声电机的应用前景。     

超声波电机新型驱动电路的研究与设计

由于超声波电机的工作原理及其驱动控制方式不同于传统的电磁型电机,针对超声波电机的特点及其驱动要求,研究并设计了一套用于实现频率跟踪及调速的新型装置,文中对该装置中硬件电路部分的实现作了较详细的介绍。实验结果表明所设计的硬件电路性能稳定,达到了预期的目的。     

超声电机在真空环境下的负载特性试验研究

为了研究超声电机在真空环境下的驱动行为，设计了一套测试装置。通过该装置实现了对超声电机负载力矩的施加以及在真空环境下对超声电机转速、转矩的测量。试验结果表明，超声电机可以在真空环境下工作，但性能较常态环境下有所变化，其空载转速明显下降，堵转力矩有所增大。     

纵-扭复合型压电超声电机的优化设计

研究了纵 -扭复合型压电超声电机的几个关键问题 ,包括电机的工作原理 ,压电陶瓷的极化方式及其安放位置 ,电机定子的结构形式的选择及定子的结构动力学设计问题 ,最后设计并装配了一台直径 2 0 mm的电机 ,堵转扭矩达 2 .5kg· cm,无负载转速 35r/min,并指出装配中应注意的问题。实验表明 ,要求的频率和振型达到了设计要求。     

基于归一化网络的多枝节阻抗匹配仿真

为使微波电路或系统无反射,行驻波尽最接近行波状态,从而使得负载功率达到最大的阻抗匹配问题一般采用双枝节阻抗匹配;但是双枝节匹配对于负载阻抗的电导有严格要求,可能会出现匹配失败.通过归一化网络计算多枝节问题,使计算无耗传输线的匹配问题时无需考虑系统的特性阻抗和波长,只需考虑网络矩阵进行级联计算后的阻抗匹配,弥补了图解法的...     

超声电机多定子同步驱动技术的研究

研究多定子超声电机同步驱动技术,通过多定子同步驱动增加电机的驱动力(矩),解决目前单定子驱动电机输出功率不大的问题,并且以两个定子同步驱动为例,分别给出了采用分立元件、AVR以及DSP 3种器件设计驱动电路的方法,比较分析了各自的优缺点,并指出多定子同步驱动可有效提高电机运行的可靠性和稳定性,探讨了同步驱动技术今后的发展趋势。     

基于DDS技术的行波超声电机电源

针对行波超声电机对驱动电源要求,设计了基于直接数字波合成技术(DDS)的超声电源.实现了稳频和精确调整输出信号频率和相位差的功能.实验得到了1 Hz的频率调整精度和1°的相位调整精度.     

基于L型网络的高效无源阻抗匹配研究

为了研究无源阻抗匹配网络的效率最大化问题,以L型网络为基本单元,通过定义阻抗变换因数,推导出L型网络效率的近似表达式;以此为基础,提出了多个L型网络级联构成阻抗匹配网络时,实现效率最大化的条件,即级联L型网络的个数和每级L型网络阻抗变比的计算方法。2.6 MHz下的实验结果表明,根据笔者所提出方法设计的阻抗匹配网络具有较高效率,验证了所提出理论和设计方法的有效性。     

利用面内弯曲模态的超声电机定子有限元分析

运用有限元方法对利用平面内弯曲模态超声电机定子进行了模态分析,获得了三种不同类型的面内振动模态,并讨论了电机结构参数对其模态频率的影响,在此基础上得到了一些有益的结论,为利用平面内旋转模态设计超声电机定子提供了理论依据。     

基于超声波流量计的换能器谐振频率测试

在不增加系统资源的情况下,通过流量计自身的软硬件资源与外部模拟测量信号的紧密结合,自动测试超声波换能器的最佳驱动频率,使得接收信号幅值最大,增强原始信号强度,提高了超声波换能器输出信号的信噪比,使测量结果更加可靠。