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功率超声能够加速和控制化学反应、提高反应产量、降低反应条件以及引发新的化学反应。已有的超声激励设备都是在一个很窄的频率范围内对一个单一换能器进行激励。如果生产或科研需要超声波在一个很宽的频率范围内变化并且功率从零至全负荷连续可调,那么在设计和制作满足上述要求的超声发生器时,将会遇到带宽、阻抗匹配、调谐匹配、功率调节、效率等技术问题。本论文根据我室承担的天津市科委《微波/超声波复合智能化系统及其应用》课题要求,对大功率、宽频带超声激励中所遇到的上述问题进行了深入的研究,提出了相应的解决方法,并设计、制作了超声激励器。它的输出功率不小于500W,频率带宽从20KHz-500KHz(可达1MHz),可兼容多种不同频率、不同阻抗的超声振子。
本论文所作的研究工作和设计特色是:
一、选择移相全桥串联谐振逆变器作为超声功率放大器,解决功率控制、频率带宽、输出阻抗匹配、效率等问题。
二、采用预稳压与斩波器调压串联的二次稳压为主,移相控制为辅的功率控制方案,在宽市电范围(AC160V-270V)下,实现零至满功率的任意值输出。
三、检测谐振回路中电压基波的正交信号与电流的相位差以确定谐振功率放大器的谐振状态。
四、采用直流励磁线性调节电感量与电感阵列相接合的方法,匹配超声振子。