跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.192.20.240) 您好!臺灣時間:2024/02/23 23:39
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:蘇盈憲
研究生(外文):Ying Hsien Su
論文名稱:智慧型雞致昏器研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of an Intelligent Chicken Stunner
指導教授:曾聖有曾聖有引用關係
指導教授(外文):S. Y. Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電機工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:142
中文關鍵詞:人道致昏器單電容截止緩震電路
外文關鍵詞:poultry stunnersingle-capacitor turn-off snubber
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:300
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文主要在於研製出一智慧型雞致昏器來提昇動物福祉,並提出一具均流功能之人道致昏系統,應用於多通道家禽致昏。所提家禽人道致昏系統採用具單電容截止緩震電路之交錯式耦合電感昇-降壓轉換器來提高轉換效率。此外,也採用半橋換流器形成的擾動電壓產生器,來快速崩潰家禽皮膚阻抗,以降低家禽在致昏期間的壓迫感,進而提高屠肉品質。為了提高家禽屠宰的速率,本論文提出一具均流功能之多通道家禽人道致昏系統。所提均流系統將結合擾動電壓產生器,來達成多通道致昏系統的均流,以減少致昏系統的元件使用數目、降低系統的重量及大小。最後,以一採用切換頻率400 Hz;輸出電壓為160 V;輸出功率 320 W雛形機,來驗證所提多通道致昏系統的可行性。
This thesis presents design and implementation of an intelligent chicken stunner that can ensure animal welfare during exsanguination. In this research, a multi-channel poultry stunner with current sharing feature is proposed. In order to implement stunner system, the proposed stunner adopts an interleaved buck-boost converter with single-capacitor turn-off snubber to increase conversion efficiency. Moreover, a dither generator realized with a half-bridge inverter is adopted to speed up breakdown of the skin impedance of the poultry which can reduce poultry stress and improve carcass quality during stunning interval. To speed up slaughtering procedures quantities of poultry, a multi-channel poultry stunner with current sharing controller is proposed. Therefore, the proposed stunning system consists of the current sharing controller and a dither generator can achieve current sharing feature in a multi-channel stunning system. Under a fixed frequency of 400 Hz, output voltage of 160 V and its maximum output power of 320 W has been implemented to verify the feasibility of the overall system design.
目  錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 3
1.3 論文大綱 4
第二章 致昏機制與技術 6
2.1 致昏機制 6
2.1.1 皮膚等效阻抗 6
2.1.2 電穿孔(electroporation)現象 11
2.1.3 神經訊號傳遞 12
2.1.4 家禽遭電擊後引起的生理反應 19
2.1.5 電擊致昏機制 21
2.2 致昏電氣參數決定 25
2.2.1 頻率、電壓及電流選擇 25
2.3 討論 27
第三章 致昏器系統 28
3.1 系統架構 28
3.2 直流/直流轉換器 30
3.2.1 多通道家禽人道致昏器 31
3.3 全橋換流器 38
3.3.1 開關驅動電路 39
3.3.2 動作原理 42
3.4 擾動電壓產生器 46
3.5 均流系統 49
3.5.1 耦合電感 50
3.6 輔助電源 53
3.7 保護電路 55
3.7.1 全波整流 55
3.7.2 軟體保護 57
3.7.3 硬體保護 58
3.7.4 輸出過流保護 59
3.7.5 輸出過壓保護 60
3.7.6 過溫保護 60
3.7.7 單晶片電壓保護 60
3.8 電擊冶具 61
3.9 討論 62
第四章 致昏器架構分析與設計 63
4.1 電路推衍 63
4.2 直流/直流轉換器電路動作原理與設計 67
4.2.1 電路設計 74
4.3 均流系統動作原理與設計 79
4.3.1 均流系統設計 83
4.4 PWM產生器與開關驅動電路 90
4.4.1 SG3525介紹 92
4.4.2 IR2110介紹 94
4.5 討論 97
第五章 實測波形與致昏效果 98
5.1 電路實作 98
5.1.1 單電容截止緩震電路之交錯式耦合電感昇-降壓轉換器 98
5.1.2 輔助電源 108
5.1.3 擾動電壓產生器 110
5.1.4 均流系統 111
5.2 屠肉品質測定 113
5.3 討論 119
第六章 結論與未來研究方向 120
6.1 結論 120
6.2 未來研究方向 121
參考文獻 122

圖 目 錄
圖2-1 家禽皮膚構造圖 8
圖2-2 家禽皮膚角質層等效電路圖 9
圖2-3 皮膚阻抗頻譜圖 10
圖2-4 電場對皮膚阻抗的變化曲線 11
圖2-5 施加高電壓與低電壓後之皮膚阻抗變化 11
圖2-6 運動神經元構造 14
圖2-7 神經衝動信號傳遞示意圖 15
圖2-8 突觸工作原理示意圖 15
圖2-9 不同刺激強度,膜電位的變化圖 17
圖2-10 神經細胞動作電位階段圖 18
圖2-11 受刺激時其細胞膜電位與時間變化圖 19
圖2-12 神經衝動產生時,細胞膜之電位變化(a)未產生動作電位(b)一般刺
激訊號所產生之動作電位(c)家禽大腦遭受電擊時所產生之動作電
位 20
圖2-13 電擊家禽示意圖 21
圖2-14 家禽遭受電擊時的中樞神經細胞膜電位變化圖 23
圖2-15 神經信號傳遞等效電路圖 25
圖3-1 完整致昏器系統方塊 29
圖3-2 家禽致昏接線圖(a)使用傳統架構(b)結合擾動電壓架構 32
圖3-3 所提具均流功能人道致昏系統等效電路圖 32
圖3-4 無損耗截止型換震電路之交錯型昇-降壓轉換器電路圖簡化過程 34
圖3-5 所提致昏器之完整電路圖 38
圖3-6 全橋換流器模組 39
圖3-7 IR2111腳位配置圖 41
圖3-8 IR2111內部電路方塊圖 42
圖3-9 IR2111驅動全橋開關之驅動信號G1~G4電路圖 42
圖3-10 全橋換流器電路動作流程 44
圖3-11 全橋換流器驅動電路時序圖 45
圖3-12 擾動電壓產生器之電路架構示意圖 46
圖3-13 擾動電壓產生器電路圖 46
圖3-14 開關切換頻率ω等於諧振頻率ωr時,電路動作流程圖 47
圖3-15 開關切換頻率ω小於諧振頻率ωr時,電路動作流程圖 48
圖3-16 開關切換頻率ω大於諧振頻率ωr時,電路動作流程圖 49
圖3-17 兩通道均流電路圖 50
圖3-18 電感器耦合互感M為正之符號與標示圖(a)電流i1在線圈N1及N2
中形成的總磁通 (b)電流i2在線圈N2及N1中形成的總磁通 52
圖3-19 電感器耦合互感M為負之符號與標示圖(a)電流i1在線圈N1及N2
中形成的總磁通 (b)電流i2在線圈N2及N1中形成的總磁通 52
圖3-20 互感為正之各種組合 53
圖3-21 互感為負之各種組合 53
圖3-22 輔助電源電路圖 55
圖3-23 全波整流電路圖 57
圖3-24 軟體保護程式流程圖 58
圖3-25 硬體保護電路示意圖 59
圖3-26 單晶片電壓保護電路圖 61
圖3-27 電擊冶具實體圖 62
圖4-1 傳統單級昇-降壓轉換器電路圖 63
圖4-2 傳統兩級串聯昇-降壓轉換器電路圖 64
圖4-3 耦合電感之昇-降壓轉換器電路圖 64
圖4-4 結合耦合電感之主動箝制昇-降壓轉換器電路圖 65
圖4-5 耦合電感之交錯式主動箝制昇-降壓轉換器電路圖 66
圖4-6 具單電容截止緩震電路結合耦合電感之交錯式昇-降壓轉換器電路圖 66
圖4-7 各操作模式下,轉換器各重要元件電壓、電流波形示意圖 69
圖4-8 轉換器之各操作模式等效電路圖 70
圖4-9 操作於連續與不連續導通模式邊界時,所提轉換器中耦合電感與
輸出電流Io之電流波形圖 76
圖4-10 所提致昏器系統電路架構圖 81
圖4-11 兩通道均流系統電路圖 81
圖4-12 兩通道均流致昏器之各操作狀態等效電路圖 82
圖4-13 均流致昏器之各元件電壓、電流波形時序圖 83
圖4-14 兩通道致昏系統等效電路示意圖(a)通道1 (b)通道2 84
圖4-15 兩通道均流致昏系統擾動電壓等效電路(a)通道1 (b)通道2 85
圖4-16 變壓器等效電路(a)一般模型(b)T型電路 86
圖4-17 兩通道均流電路等效阻抗電路圖 87
圖4-18 兩通道均流電路等效阻抗電路簡化流程圖 88
圖4-19 交錯式軟切昇-降壓轉換器驅動訊號示意圖 91
圖4-20 交錯式軟切昇-降壓轉換器控制與驅動訊號示意圖 92
圖4-21 SG3525內部電路方塊圖 93
圖4-22 IR2110內部方塊電路圖 95
圖4-23 採用IR2110 驅動之開關驅動電路圖 97
圖5-1 致昏器系統實體圖 99
圖5-2 交錯式昇-降壓轉換器 (a)操作在20%滿載下(b)操作在80%滿載下
開關M1上的電壓VDS及電流IDS波形圖 101
圖5-3 主動箝制交錯式昇-降壓轉換器 (a)操作在20%滿載下(b)操作在
80%滿載下開關M1上的電壓VDS及電流IDS波形圖 102
圖5-4 主動箝制交錯式昇-降壓轉換器 (a)操作在20%滿載下(b)操作在
80%滿載下開關M2上的電壓VDS及電流IDS波形圖 104
圖5-5 具單電容截止緩震電路之交錯式昇-降壓轉換器 (a)操作在20%滿
載下(b)操作在80%滿載下開關M1的電壓VDS及電流IDS波形圖 105
圖5-6 致昏雞隻期間的輸出電壓Vo和輸出電流Io波形圖 107
圖5-7 電擊致昏雞的腦電波圖 107
圖5-8 所提轉換器與傳統昇-降壓轉換器效率比較圖 108
圖5-9 致昏系統返馳式轉換器電路圖 109
圖5-10 致昏系統中返馳式轉換器功率開關電壓及電流波形 110
圖5-11 擾動電壓產生器電路 111
圖5-12 為兩通道致昏系統在輸出電壓VO為160V時,通道1與通道2電
阻分別為500Ω及300Ω時所量的輸出電壓VRS11及VRS12與輸出電
流IC1D1及IC2D2波形(a)未採用均流電路(b)採用均流電路 112

表 目 錄
表2-1 人類皮膚之阻抗特性 9
表3-1 IR2111之腳位功能描述 41
表4-1 SG3525之腳位功能描述 94
表4-2 IR2110之腳位功能描述 96
表5-1 電力級轉換器元件選取及元件參數值 100
表5-2 致昏系統返馳式轉換器元件選取及元件參數值 109
表5-3 人道致昏處理對雞隻屠肉pH值之影響 115
表5-4 人道致昏處理對雞隻屠肉色澤之影響 116
表5-5 人道致昏處理對雞隻屠肉截切值之影響 118
表5-6 人道致昏處理對雞隻屠肉2-硫巴比妥酸值之影響 119
參考文獻
[1] http://www.greenschool.moe.edu.tw,台灣綠色學校伙伴網絡
[2] http://www.vegeplanet.com,素食星球網站。
[3] http://www.spca.org.hk/chi/home.asp,香港愛護動物協會網站。
[4] C. Spedding, Animal Welfare, Earthscan Publications Ltd., 2000, pp. 7-20.
[5] S. T. Millman, I. J. H. Duncan, M. Stauffacher and J. M. Stookey, “The impact of applied ethologists and the International Society for Applied Ethology in improving animal welfare,”Transition on Applied Animal Behaviour Science, 2004, pp. 299-311.
[6] J. H. Seamer, “Human stewardship and animal welfare,” Applied Animal Behaviour Science, 1998, pp. 201-205.
[7] http://www.coa.gov.tw,行政院農委會。
[8] J. M. Sparrey, P. J. Kettlewell, M. E. R. Paice and W. C. Whetlor, “Development of a Constant Current Water Bath Stunner for Poultry Processing,” Silsoe Research Institute, 1993, pp. 267-274.
[9] H. A. Channon, A. M. Payne and R. D. Warner, “Comparison of CO2 Stunninng with Manual Electrical Stunning (50Hz) of Pig on Carcass and Meat Quality,” Transaction on Meat Science, 2002, pp. 63-68.
[10] S. B. Wotton and M. O. Callaghan, “Electrical Stunning of Pigs: the Effect of Applied Voltage on Impedance to Current Flow and the Operation of a Fail-Safe Device,” Transaction on Meat Science, 2002, pp. 203-208.
[11] A. Velarde, M. Gispert, A Diestre and X. Manteca, “Effect of Electrical Stunning on Meat and Carcass Quality in Lambs,” Transaction on Meat Science, 2003, pp. 35-38.
[12] H. A. Channon, A. M. Payne and R. D. Warner, “Effect of Stun Duration and Current Level Applied During Head to Back and Head only Electrical Stunning of Pigs on Pork Quality Compared with Pigs Stunned with CO2,” Transaction on Meat Science, 2001, pp. 1325-1333.
[13] B. Savenije, E. Lambooil, C. Pieterse and J. Korf, “Electrical Stunning and Exsanguination Decrease the Extracellular Volume in the Broiler Brain as Studied with Brain Impedance Recordings,” Transaction on Poultry Science, 2000, pp. 1062-1066.
[14] M. Raj, “Welfare During Stunning and Slaughter of Poultry,” Transaction on Poultry Science, 1998, pp. 1815-1819.
[15] V. Sante, G. P. Le, T. Astruc, M. Mouchoniere and X. Fernandez, “Effect of Stunning Current Frequency on Carcass Downgrading and Meat Quality of Turkey,” Transaction on Poultry Science, 2000, pp. 1208-1214.
[16] E. W. Craig and D. L. Fletcher, “A Comparison of High Current and Low Voltage Electrical Stunning Systems on Broiler Breast Rigor Development and Meat Quality,” Transaction on Poultry Science, 1997, pp. 1178-1181.
[17] W. D. McNeal, D. L. Fletcher and R. J. Buhr, “Effects of Stunning and Decapitation on Broiler Activity During Bleeding, Blood Loss, Carcass, and Breast Meat Quality,” Transaction on Poultry Science, 2003, pp. 163-168.
[18] N. G. Gregory,“Welfare and Hygiene During Preslaughter Handling,” Transaction on Meat Science, 199
[19] 季培元編著,家禽解剖生理學,國立編譯館主編出版,1984,
台北市。
[20] 季培元著,家禽生理學,台灣商務印書館發行,1979,台北市。
[21] 馬春祥著,家禽學(上冊),黎明文化事業股份有限公司發行,1984,台北市。
[22] F. Pliquett and U. Pliquett, “Passive Electrical Properties of Human Stratum Corneum in Vitro Depending on Time after Separation,” Transaction on Biophysical Chemistry, 1996, Vol. 58, pp. 205-210.
[23] U. Pliquett, R. Langer and J. C. Weaver, “Changes in the Passive Electrical Properties of Human Stratum Corneum Due to Electroporation,” Transaction on Biochimica et Biophysica Acta, 1995, 1239:111-121.
[24] M. R. Prausnitz, “The Effects of Electric Current Applied to Skin: A Review for Transdermal Drug Delivery,” Transaction on the Advanced Drug Delivery Reviews, Vol. 18, 1996, pp. 395-425.
[25] 洪敏元、劉良慧、林育娟、何明聰及賴明華等合著,當代生理學,華杏出版股份有限公司,2003,台北市。
[26] 吳襄及林坤偉合編,生理學大綱,藝軒圖書出版社,1994,台北市。
[27] 張人驥及潘其麗合譯,神經生物學,淑馨出版社,1995,台北市。
[28] 周明加、錢宗良、何杏芬、李玉菁、彭幸櫻及李亭輝合編,解剖生理學,偉華書局有限公司,2001,台北市。
[29] 卓貴美及李憶菁著,圖解生理學,五南圖書出版公司,2008,台中市。
[30] http://www.epilepsyorg.org.tw,台灣癲癇之友學會。
[31] H. Anil, “Main stunning and killing techniques applied in slaughterhouses in Europe for cattle and pigs –critical points and auditing,” 2007.
[32] L. Varga, Z. Turcsan, J. Szigeti J. Turcsan, I. Csurak and M. Szalai, “Effects of Electrical Stunning Frequency and Voltage Combinations on the Presence of Engorged Blood Vessels in Goose Liver,” Transaction on Poultry Science, 2003, pp. 1816-1819.
[33] H. J. Blokhuis, “Opinion of the Scientific Panel on Animal Health and Welfare on A Request from the Commission Related to Welfare Aspects of the Main Systems of Stunning and Killing the Main Commercial Species of Animals,” Transaction on the EFSA Journal, Vol. 45, 2004, pp. 1-29.
[34] S. F. Bilgili, “Recent Advances in Electrical Stunning,” Transaction on Poultry Science, 1999, pp. 282-286.
[35] 張哲毓,智慧型水禽致昏器研製,國立中正大學電機工程研究所碩士論文,2007。
[36] M. RAJ, “Welfare during stunning and slaugther of poultry,” Transaction on Poultry Science 77, 1998, pp. 1815–1819.
[37] 阮甫寬,赴英參加人道屠宰暨家禽屠宰加工等相關議題研討會,2002。
[38] 梁適安,交換式電源供給器之理論與實務設計,全華出版社,1994,台北市。
[39] EPARC,電力電子學綜論,全華出版社,2007,台北市。
[40] International Rectifier, “IR2111 Data Sheet,” 2004.
[41] 洪金泉,串聯諧振並聯負載調光安定器之分析與設計,國立中正大學電機工程研究所碩士論文,民國八十五年。
[42] S. J. Chapman著,王順忠、陳秋麟編譯,電機機械基本原理(第四版),東華書局,台北市。
[43] 粘敬岳,Ni-Mn熱敏電阻製備條件對電特性的影響,大同大學材料工程研究所碩士論文,民國九十四年。
[44] 陳世賢,智慧型羊隻電昏器研製,國立中正大學電機工程研究所碩士論文,民國九十四年。
[45] Mohan, Undeland and Robbins著,江炫樟編譯,電力電子學(第三版),全華圖書股份有限公司印行,2008。
[46] T.-F. Wu, Y.-S. Lai,.; J.-C. Hung and Y.-M. Chen, “An improved boost converter with coupled inductors and buck-boost type of active clamp” proceedings of industry application 2005, 1:639-644.
[47] C. M. C. Duarte and V. M. Fiori, “A New ZVS-PWM Active-Clamping Buck-Boost Converter”, proceedings of power electronics, 2005, pp. 1429-1433.
[48] R. Giral, E. Calvente, J. Calvente and L. M. Salamero, “Inherent DCM operation of the asymmetrical interleaved dual buck-boost”, proceedings of Industrial Electronics, 2002, Vol. 1, pp. 129-134.
[49] C. Y. Inaba, Y. Konishi and M. Nakaoka, “High frequency PWM controlled step-up chopper type DC-DC power converters with reduced peak switch voltage stress,” Proceedings of Electric Power Applications Conference, 2004, pp. 47-52.
[50] S. Angkititrakul, H. Hu and Z. Liang, “Active Inductor Current Balancing for Interleaving Multi-Phase Buck-Boost Converter” Proceedings of Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009, pp. 527 – 532.
[51] S.-Y. Tseng, C.-T. Hsieh and C.-M. Yang, “Active Clamp Interleaved Forward Converter with Single-Capacitor Turn-off Snubber for Stunning Poultry Applications,” Proceedings of Power Electronic, 2007, pp. 1401-1408.
[52] B.-R. Lin and C.-C. Chen, “Soft Switching Isolated Sepic Converter with the Buck-Boost Type of Active Clamp,”Proceedings of Industrial Electronics and Applications, 2007 pp. 1232 – 1237.
[53] C. M. C. Duarte and V. M. Fiori, “A New ZVS-PWM Active-Clamping Buck-Boost Converter,” Proceedings of Power Electronics Specialists Conference, 2005, pp. 1429 – 1433.
[54] 向嘉至,結合耦合電感之交錯式主動箝制高昇壓比轉換器研製,私立建國科技大學電機工程研究所碩士論文,民國九十七年。
[55] 陳明造,臺灣土雞之肉質特性與加工適用性,中國畜牧雜誌,1996,第28卷 (96) 第 3 期 ( 43 ~ 48 )。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top