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研究生: 吳家銘
Chia-ming Wu
論文名稱: 3C導線製程用高頻火花機之研製
Development of High-Frequency Spark Tester for 3C Cable Production Lines
指導教授: 張宏展
Hong-chan Chang
口試委員: 吳瑞南
Ruay-nan Wu
郭政謙
Cheng-chien Kuo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 昇降壓轉換器半橋轉換器數位信號處理器
外文關鍵詞: buck-boost converter, half-bridge converter, digital signal processor
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  • 本文旨在研製3C導線製程用之高頻火花機。此系統涵蓋高頻高壓產生器、珠鏈電極、放電訊號擷取及栓鎖電路、數位控制器及控制介面等五大部分。於高頻高壓產生器,分為前級昇降壓式直流對直流功率轉換電路、後級半橋諧振濾波電路以及變壓器。前級昇降壓電路主要作為直流對直流之轉換,利用開關切換之責任週期達到輸出電壓可調之目的;後級半橋諧振濾波電路主要作用是將直流轉換成高頻交流方波,再藉由LC之諧振濾波電路,而呈現一高頻弦波,再經由變壓器將電壓昇壓並作隔離。放電信號擷取及栓鎖部分,主要是擷取放電時所產生之放電電流信號並進行判斷分析,再經由栓鎖電路將結果栓鎖,以便DSP檢測放電訊號並作有效處理。數位控制器部分,採用TI生產之數位信號處理器,作為控制核心,經由數位信號處理器之優越控制與運算能力,可準確地偵測放電訊號並快速地處理、分析及檢測線材於生產過程中的瑕疵。最後,藉由人機橾控介面,以利於系統操作與監控。本研究已順利研製出可於3C導線製程中,進行絕緣檢測之高頻火花原型機,將可增進線材生產的品質管制。


    The purpose of this thesis is to design a high-frequency spark tester for 3C products cables. The system includes high-frequency high-voltage generator, bead chain electrodes, discharge signal acquisition and lock circuits, digital controller and control interface. The high-frequency high-voltage generator is composed of buck-boost DC-DC converter circuit, half-bridge resonant converter circuit, and transformer. The buck-boost converter uses pulse width modulation technology to achieve the regulation of output voltage. The half-bridge resonant converter transfers dc voltage to high-frequency square-wave ac voltage, and then let it through the LC resonant filter circuit to get a high frequency sinusoidal waveform output. The transformer is used to elevate the voltage level and to provide electrical isolation. The function of the discharge signal acquisition and lock circuit is to acquire and lock the discharge signal in order that the digital signal processor (DSP) can handle it effectively. The digital controller employing the DSP of Texas Instruments is the control center of the spark tester. The DSP can detect discharge signal accurately and check the fault of the isolation of cables because the control and the calculation ability of the DSP is superior. Finally, the man-machine interface is used to operate and monitor this system. The system is built to detect insulation failure of 3C cables in production lines, and to enhance quality control of 3C cables production.

    中文摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1. 研究動機與目的 1 1.2. 研究方法 1 1.3. 論文架構 4 第二章 局部放電簡介 5 2.1. 局部放電定義、原理與現象 5 2.1.1. 局部放電之定義 5 2.1.2. 局部放電之原理 7 2.1.3. 局部放電之現象 7 2.2. 局部放電的類型 7 2.3. 檢測方法 10 2.4. 量測裝置之類型 14 2.5. 本章結論 16 第三章 系統架構之原理及分析 18 3.1. 昇降壓轉換器 18 3.1.1. 昇降壓電路動作原理分析 18 3.1.2. 昇降壓導通模式之穩態分析 20 3.2. 半橋轉換器 25 3.2.1. 半橋電路動作原理分析 25 3.2.2. 半橋數學模型之推導 30 第四章 系統實體設計製作 38 4.1. 昇降壓轉換器硬體電路 38 4.1.1. 切換晶體之設計 38 4.1.2. 閘極驅勳電路 40 4.1.3. 儲能電感之設計 41 4.1.4. 輸出電容之設計 41 4.1.5. 電壓回授電路 42 4.2. 半橋轉換器硬體電路 43 4.2.1. 功率開關的選擇 44 4.2.2. 諧振濾波電感及電容之設計 45 4.3. 局部放電信號偵測電路 46 4.3.1. 擷取電路 47 4.3.2. 栓鎖電路 47 4.4. 珠鏈電極設計 48 4.5. 數位信號處理器之控制介面 50 4.6. 軟體規劃設計 51 第五章 實測結果與分析 52 5.1. 波形量測 52 5.1.1. 導線絕緣層波形之量測 53 5.1.2. 昇降壓式閉迴路控制波形量測 54 5.1.3. 橋式功率開關之波形量測 56 5.1.4. 升壓變壓器波形量測 56 5.1.5. 擷取與栓鎖波形量測 57 5.1.6. 線速度測試 58 5.2. 硬體實體圖 60 第六章 結論與未來展望 64 6.1. 結論 64 6.2. 未來展望 64 參考文獻 66

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