基于DSP中小功率面向铝金属铸轧超声波电源研究

摘要

铝板材料在工业生产和日常生活中应用广泛,铝板坯晶粒度直接关系到铝板材质量,在铝金属铸轧过程中导入超声波,利用超声空化作用和声流作用能有效地细化铝金属晶粒度,提升产品质量。用于功率超声铸轧中的超声波电源是超声加工技术中的关键部分,其性能好坏直接影响到加工的效果。因此,本文针对超声波电源中存在的功率控制、频率跟踪、换能器匹配、负载匹配等问题进行了研究,并给出了电源中所用元器件的相关参数。
　　 通过分析超声波电源的结构,并结合其最大输出功率,确定利用二极管不控整流桥获取直流电、Buck变换器实现功率调节、半桥式逆变器获取超声频交流电的超声波电源设计方案。
　　 针对超声换能器工作在谐振状态时呈容抗性质,比较了静态匹配和动态匹配两种方式,通过在线检测其静态电容配合调节数字电感方式达到高效的动态匹配,并设计高频脉冲变压器以实现负载端与电源端的阻抗匹配；针对换能器会由于温度变化等因为导致谐振频率变化,采用DSP数字锁相环频率跟踪方式调节逆变器工作频率以实现对其频率跟踪；针对Buck变换器模型复杂且具有非线性强的特点,采用模糊控制方式以取得良好的功率控制效果。
　　 仿真结果表明:采用模糊调功方式可以实现系统功率快速稳定的调节,数字锁相环的加入保证了负载工作在其谐振状态。论文所做工作对功率超声铸轧电源的研制具有重要参考价值。