行波型超聲波電動機變頻控制系統4
夏長亮 史婷娜 陳永校浙江大學 杭州 310027）
1引言
行波型超聲波電動機是一種新型微特電機．它是靠定子環背面所粘貼的壓電陶瓷起振而帶動定子環一起振動，再通過定、轉子之間的摩擦力驅動轉子旋轉。根據這種電動機的特殊工作要求，需對壓電陶瓷施加兩相電壓有效值相等、頻率相同、相位相差90。（電角度）的正弦波交流電。由壓電陶瓷的逆壓電效應，每一相交流電分別在壓電體上產生一個振動駐波，兩駐波在時間上相差90。（電角度），空間上相差1/4波長，進而合成為一個振動行波，帶動定子環一起振動。由于所用交 流電的頻率在超聲波頻段，因此被稱為超聲波電動機。
2驅動一控制系統的構成
行波型超聲波電動機驅動一控制系統外部輸入為l2v的直流電，輸出為兩相交流電，對系統而言，須將輸入的直流電轉變成交流電，因此，可將其看成是一個逆變器。由于這種電機的一相等效電路為容性電路，可將方波信號中的高次諧波濾掉而成為正弦波，這樣，只要求系統能產生兩相電壓有效值相等、頻率相同、相位相差90度（電角度）的方波交流電即可，從而使電路得到簡化。圖1為系統構成框圖。
2.1功放部分
功放部分采用兩個相同的推挽放大器，如圖2a所示。由于t1、t2選用兩個同極性晶體管，所以輸入信號必須是分相信號才可加到他們各自的基極上。電路的輸出采用輸出變壓器與負載相耦合，改變輸出變壓器的匝數比可使負載成為放大器要求的****負載，以保證晶體管工作在****運用狀態，推挽放大電路時兩個互補晶體管，在一個信號周期內輪流導通半個周期，導通角為π。
2.2波形產生及鑒相回路
可以由功率放大電路輸出端e、f兩點的波形來分析a、b、c、d各點的波形。為了方便，不妨分析系統空載時各點的波形，此時e、f點的波形分別為兩相幅值相等、相位相差90度的方波。假設e點波形滯后于f點，且a、b點產生正電壓時，e、f點也為正電壓，則易得a、b:c、d各點的時序圖，如圖2b所示。分析各點波形，可以看出a、百、c、d各點的態序在一個時間周期內完成從a到d的數字逐次左移過程：
同理，當e點波形超前于f點，a、b、c、d各點的時序如圖2c所示。此時a、b、c、d各點的態序在一個時間周期內完成從a到d的數字逐次右移過程：
要完成從a到d的數字循環左、右移過程，只需一個環形計數器即可，在這里選用了集成芯片cd40194，如圖3a所示。當環形計數器的觸發喘輸入一個脈沖，則輸出的四個管腳qo、q1、q2、q3的狀態就一起變動一次，且依次相差90度，即自動地具有了鑒相的功能，輸出波形分別與a、b、c、d各點的波形一樣（如圖3b、c所示）。由圖中可知供給環形計數器的頻率為輸出電壓頻率的4倍。環形計數器輸出端的數字左、右移過程正好分別對應于超聲波電機的正、反轉，滿足了對電機正反轉的要求。
2.3可調的頻率產生電路．
由于對電動機有變速要求．必須使超聲波電動機的驅動一控制系統具備可以改變定子環共振的功能，這可以通過改變輸入電機的兩相交流電的頻率來改變定子環共振，即變頻調逮。
可調的頻率產生電路是由以ne555定時器為主構成的可調多諧振蕩器組成，如圖4a所示，其工作原理如下：
a．接通電源瞬間，電容來不及充電，此時，可將ne555集成塊看成是一個rs觸發器，r=s=o.q=i，輸出v。為高電平，另一方面，q=o,導致放電管截止，電容開始充電，進入下一狀態。
b．電容c充電，按指數規律上升，趨向ec，值．輸出電壓暫穩在高電平。
c.當電容上電壓vc上升到2/3ec時．使輸出電壓v。為低電平。
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