دفاع از پایاننامه: آقای ابراهیم تقوایی کشتکار،گروه آموزشی مکاترونیک
 خلاصه خبر: طراحی و ساخت سیستم تشخیص و تثبیت فرکانس تشدید در منابع تغذیه ترانسدیوسرهای آلتراسونیک
چکیده:کاربرد امواج پرقدرت فراصوتی در صنعت روز به روز در حال گسترش است و در این راه توسعه و بهینه سازی عملکرد ترانسدیوسرها و منابع تغذیه آنها امری اجتناب ناپذیر میباشد. در اکثر کاربردهای آلتراسونیک، ترانسدیوسرهای پیزوالکتریکی نقش اساسی را ایفا میکنند. این ترانسدیوسرها وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی را داشته و ارتعاشات مکانیکی کنترل شدهای را تولید مینمایند. این ترانسدیوسرها نیاز به منابع تغذیهای دارند که در فرکانس تشدید، آنها را تحریک نمایند تا بیشترین توان و دامنه نوسانات مکانیکی توسط ترانسدیوسر ایجاد گردد. با تغییرات سفتی یا جرم قطعه کار یا محیط انتشار موج و یا گرم شدن ترانسدیوسر، فرکانس تشدید تغییر خواهد کرد. لذا برای اینکه ترانسدیوسر کارایی حداکثر خود را حفظ کند، منبع تغذیه باید بتواند فرکانس تشدید را ردیابی نموده و آن را تثبیت نماید. در سالهای اخیر پژوهشهایی درباره الگوریتمهای خود تنظیمی و ردیابی فرکانس تشدید انجام گردیده است، که در آنها عموما از دامنه جریان، شیب منحنی جریان-فرکانس، اختلاف فاز ولتاژ و جریان استفاده گردیده است. دقت روشهای ذکر شده متفاوت میباشد. بعضی با تغییرات شدید بار، قادر به پیدا کردن فرکانس تشدید جدید نیستند. یکی از روشهای غیرفعال تثبیت فرکانس تشدید، استفاده از نوسانسازهای تشدیدی سلفی-خازنی هستند که در این پایاننامه در کنار روشهای دیگر مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در این پایاننامه ابتدا تاثیر افزودن شبکه سلفی-خازنی بر رفتار فرکانسی (پهنای باند) ترانسدیوسر آلتراسونیک مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده که افزودن المانهای غیرفعال، فقط بخش موهومی امپدانس یا توان راکتیو را حذف میکند. همچنین با انتخاب مناسب مقادیر سلف و خازن میتوان فرکانس تشدید شبکه سلفی-خازنی را با فرکانس تشدید مکانیکی ترانسدیوسر به هم نزدیک کرد و تا حدی پهنای باند فرکانسی را افزایش داد. در این پایاننامه سه روش تشخیص و تثبیت فرکانس تشدید پیادهسازی شده و عملکرد آنها با هم مقایسه شده است. در روش اول از بیشینه شدن ولتاژ پیزوالکتریکها در فرکانس تشدید استفاده شده است. با جاروب کردن فرکانس و پیدا کردن حداکثر ولتاژ، فرکانس تشدید به دست میآید. همچنین استفاده از مقدار کمینه اختلاف فاز ولتاژ و جریان در فرکانس تشدید نیز به صورت کمکی برای تشخیص و تثبیت فرکانس تشدید در این روش به کار رفته است. در روش دوم از یک نوسانساز تشدیدی سلفی-خازنی برای تحریک ترانسدیر استفاده شده و در روش سوم از الگوریتم مورد استفاده در یک منبع تغذیه آلتراسونیک استفاده شد. در این الگوریتم فرکانس تحریک در یک بازه به طور رفت و برگشتی تغییر داده میشود و جریان مصرفی ترانسدیوسر در وسط بازه اندازهگیری میشود. چنانچه مقدار جریان اندازهگیری شده از حدی تعیین شده بیشتر کاهش پیدا کند پنجره فرکانسی تغییر داده میشود و دوباره مقدار جریان اندازهگیری میشود. این تغییر پنجره فرکانسی تا آنجا انجام میشود که جریان مصرفی ترانسدیوسر به اندازه حداکثر خود برسد. در روش اول سیگنالهای درایو اینورتر توسط یک تراشه دیجیتال برنامه‌پذیر تولید شده و دستورات کنترلی به این تراشه از میکروکنترلر ارسال میگردد. ولتاژ خروجی اینورتر پس از عبور از یک ترانس افزاینده به ترانسدیوسر داده میشود. سپس مداری برای نمونه گرفتن از ولتاژ پیزوالکتریک و اختلاف فاز ولتاژ و جریان ترانسدیوسر طراحی شده و این مقادیر به صورت بازخورد به میکروکنترلر داده میشوند. چنانچه ترانسدیوسر از فرکانس تشدید خود خارج شود، میکروکنترلر فرکانس را در بازهای جاروب میکند و در بیشترین مقدار ولتاژ پیزوالکتریک، فرکانس را ذخیره میکند. سپس در بازه کوچکتری حول آن، فرکانس را مجدداً جاروب میکند و در حداقل اختلاف فاز ولتاژ و جریان، فرکانس را تثبیت میکند. سه آزمون اعمال نیرو روی ترانسدیوسر، قرار دادن کلگی آن در آب و افزایش دمای ترانسدیوسر برای ارزیابی عملکرد سه روش، انجام شده است. نتایج آزمون عملکرد نشان میدهد که با اعمال نیرو به ترانسدیوسر و یا قرار دادن آن در آب 25 درجه سلسیوس، فرکانس تشدید افزایش، و با افزایش دما، فرکانس آن کاهش مییابد. علاوه بر این، به لحاظ مدت زمان تشخیص و حفظ وضعیت تشدید، سه روش با هم مقایسه شده است. فرکانس تشدید تشخیص داده شده توسط روش اول و سوم کمتر از 20 هرتز با هم اختلاف دارند و با فرکانس تشدید روش دوم اختلافی حدود 100 هرتز دارد. روش اول و دوم به ترتیب در مدت زمان 17.5 و 1 ثانیه و روش سوم در مدت زمانی وابسته به مقدار نیرو، فرکانس تشدید را تثبیت میکنند. روش اول و دوم در نهایت فرکانس را در شرایط مختلف بارگذاری تثبیت میکنند ولی روش سوم با فرو بردن ترانسدیوسر در آب، فرکانس تشدید جدیدی را پیدا نمی کند
22 دی 1398 / تعداد نمایش : 1408
|