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基于STM32的大功率超声电源的研究
资料介绍
油田近井处理所需要的大功率超声电源具有容量大、频率稳定、输出功率因数高、保护全面的特点。在实际应用中，由于储存石油的地层条件复杂，不同沉积环境下所形成的砂岩声学参数变化大，所以不同地区、不同地层的套管井所构成的声学系统差异比较大。为了有效地将井内激发的大功率超声振动能量通过套管井的井内液体、套管和水泥环送入声学参数不同的地层，套管井的声学参数需要随时测量，作业参数需要实时的调整。
为满足以上需求，木文选择了数据处理功能比较强的STM32单片机作为电源系统的主控芯片。基于其精确的定时器实现PWM输出，提供IGBT工作所需的波形；用其双路A/D同时采集作业时的电流和电压波形；用数字信号处理的方法快速处理电压和电流波形的相位差及幅值比，以此为基础调节发射波形的频率，使其与套管井条件下探头的谐振频率一致，实现频率跟踪和有效激发；借助于理论模型进一步处理电压和电流波形，可得套管井条件下的声阻抗，以便监测作业过程中套管井的声阻抗变化。
本文首先给出了电源系统的整体设计方案，然后根据系统的结构依次介绍了各部分的硬件电路设计及软件的实现方案。重点介绍了电源变压器的设计，通过对磁芯进行开气隙，增大了磁感应强度达到饱和时的磁场强度，使变压器能承受更大电流；通过并联磁芯，增加了磁路的有效面积，满足了大功率传输的要求。基于磁路基本定律，对相关参数进行了数学计算。并用matlab对开气隙后磁芯的磁滞回线进行了仿真。在沦文的最后，给出了实验的结果。从结果可看出，IGBT的门极输出波形比较稳定；当给电源系统接上电缆和换能器后，测量可得从电源中输出的最大电流达到了94A，电压达到了565V，实际输出的电功率达到了53kW。
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