,旋转超声感应耦合供电系统补偿设计,第16届特种加工会议,报告人：姜兴刚,2015年11月02日,单 位：北京航空航天大学先进加工技术研究中心,旋转超声感应耦合供电系统补偿设计第16届特种加工会议报告人：,高速旋转的刀柄 附加轴向小振幅超声振动,高速旋转的刀柄 附加轴向小振幅超声振动,旋转超声加工在很多领域有重要应用,刀具制造-硬质合金,航空工业-高温合金,精密机械-陶瓷材料,光学行业-光学玻璃,旋转超声加工在很多领域有重要应用刀具制造-硬质合金航空工业-,将超声加工技术融入广泛应用的加工中心会有许多的工程困难,研究难点,旋转超声振动系统的,供电,将超声加工技术融入广泛应用的加工中心会有许多的工程困难研究难,现有方案：接触式供电方案,摩擦严重,碳积污染,不易实现自动换刀,寿命短,现有方案：接触式供电方案摩擦严重碳积污染不易实现自动换刀寿命,没有摩擦,绿色环保,易于实现自动换刀,非接触式供电方案,寿命长,没有摩擦绿色环保易于实现自动换刀非接触式供电方案寿命长,旋转超声加工换能器供电方案,难点：刀具内部空间有限，集成电感与电容比较困难,非接触供电方案实现的重、难点,松耦合变压器需要容抗进行谐振补偿,压电换能器需要感抗进行阻抗匹配,提出用变压器漏感与换能器进行互补偿,旋转超声加工换能器供电方案难点：刀具内部空间有限，集成电感与,高频信号发生部分,松耦合变压器,负载,高频信号发生部分松耦合变压器负载,励磁磁通能量传输通道,松耦合变压器磁力线分布,漏磁通引起能量耗散,励磁磁通能量传输通道 松耦合变压器磁力线分布漏磁通引起能量耗,松耦合变压器等效电路,漏感抗,漏感抗,漏感抗的存在降低了松耦合变压器的传输效率，需要对其补偿。,松耦合变压器等效电路漏感抗漏感抗漏感抗的存在降低了松耦合变,漏感与容性元件进行无功功率互换,感应耦合供电系统的补偿,漏感与容性元件进行无功功率互换感应耦合供电系统的补偿,压电换能器等效电路,压电换能器等效电路,压电换能器的阻抗匹配,压电换能器在机械谐振频率处的等效电路偏容性，要在压电换能器机械谐振时用感抗L对换能器的容抗进行匹配,压电换能器的阻抗匹配压电换能器在机械谐振频率处的等效电路偏,提高了松耦合变压器的传输效率，并且换能器振动达到谐振,感应耦合供电系统的补偿,提高了松耦合变压器的传输效率，并且换能器振动达到谐振感应耦合,补偿谐振方案等效电路图,需要对松耦合变压器进行参数化设计，确保其副边漏感抗与换能器等效容抗在换能器机械谐振频率附近大小相等，实现互相谐振补偿。,补偿谐振方案等效电路图需要对松耦合变压器进行参数化设计，确保,谐振补偿方案仿真,经过补偿后的系统副边回路的功率因数为,1,，说明副边回路达到了谐振；补偿方案提高了,超声电源的输出效率和松耦合变压器的传输效率。,谐振补偿方案仿真经过补偿后的系统副边回路的功率因数为1，说明,谐振补偿方案仿真,原边输入电压电流波形图,副边输入电压电流波形图,谐振补偿方案仿真原边输入电压电流波形图副边输入电压电流波形图,谐振补偿方案实验测试,激光测振仪,松耦合变压器,谐振补偿方案实验测试激光测振仪松耦合变压器,谐振补偿方案实验测试,压电换能器机械谐振时示波器波形图,超声电源的输出电压波形与原边回路电流波形相位差近似为零，说明整个感应耦合供电系统处在谐振状态。,谐振补偿方案实验测试压电换能器机械谐振时示波器波形图 超声,谐振补偿方案实验测试,换能器端面振动位移,单边振幅,10.7,m,谐振补偿方案实验测试换能器端面振动位移单边振幅10.7m,感应耦合供电技术通过磁场的耦合可以实现电能的非接触传输。,总结,松耦合变压器漏感抗与压电换能器等效容抗进行相互补偿的方案，可以满足加工中心的空间限制条件。,感应耦合供电技术通过磁场的耦合可以实现电能的非接触传输。总结,谢谢大家，请提问交流,姜兴刚 2015/11/02,北京航空航天大学先进加工技术研究中心,谢谢大家，请提问交流姜兴刚 2015/11/02,