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超聲波換能器與電源發生器的頻率/功率/阻抗/容抗的匹配

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發表時間:2017-05-26 16:18作者:恒力信網管來源:深圳恒力信超聲波設備有限公司網址:http://www.forums4him.com/
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超聲波換能器與電源發生器的頻率/功率/阻抗/容抗的匹配

讓超聲波換能器和超聲波發生器驅動電源、焊接模具良好配合以形成一臺完整的超聲波設備可以簡稱為匹配。由于匹配對整機性能的影響是決定性的,無論怎樣強調匹配的重要性都不為過。匹配最主要考慮的因素是換能器的電容量,其次是換能器的頻率。


需要強調的是,超聲波換能器本身不是一個能量發生器,它只是一個能量轉換器。是將電能轉換為聲能 ( 機械能 ) ,在輸入 ( 驅動電源 ) ,輸出 (增幅器,模具 ) 良好匹配的前提下,它可以轉換(輸出)很大的能量。


輸入匹配是指換能器與驅動電源的匹配,若輸出匹配好而輸入匹配不好,則表現為換能器無力,焊不牢。若輸出匹配不好而輸入匹配好,則換能器會過載,造成晶片錯位開裂,破碎,螺桿斷,鋁裂或燒電箱功率管。舉個例子,就像汽車在空擋狀態下猛踩油門,發動機肯定容易損壞的。


換能器與驅動電源的匹配主要有 4 個方面,即阻抗匹配、頻率匹配、功率匹配、容抗匹配。其中最主要的是容抗和頻率。


如前所述 因為陶瓷片是絕緣體,你幾乎可以理解為換能器是不通電的,它只是相當于一個電容器。要使換能器工作,實際上是通過驅動電路對它施加交流高電壓,讓換能器的電容充放電。壓電陶瓷片在交變電場的作用下做同步伸縮變形,形成了整個換能器的縱向振動,從而帶動變幅桿和模具振動。


所以,若電容匹配不好,輕者是換能器無力,焊不牢;重者換能器發熱嚴重,燒電極片、燒電源的大功率管。我們的換能器產品附有產品性能參數表,給出了每個換能器的電容和頻率。


驅動電源應該根據換能器的電容量,調整高壓變壓器,匹配電容板,峰化線圈,調頻線圈等的參數。由于電感和電容量的敏感性,功放板,扼流線圈及其他外圍電路對匹配也有影響。


而且隨著工作進行,換能器的溫度會升高,導致電容也會升高且變化量可能會超過 50% ,若不能將電容有效地匹配掉,就會造成回路中電流電壓相位差很大,功率因素很低,虛功高??纯措娏骱艽?,但換能器沒力,易發熱,且電源的功率器件也容易發熱損壞。一般換能器電極片(耳朵)振裂或燒掉很可能就是由此引起的。


頻率匹配同樣也非常重要。這首先是因為超聲換能器只能工作在他的諧振頻率點,所以驅動電源、變幅桿、焊接模具(工具頭)都應該在這個頻率下工作。


一般而言,我們希望這個差別最大不超過 ± 0.1khz ,能小一點就更好。 我們強烈建議您配套焊接模具(焊頭)的頻率低于振動子頻率 0.1khz 左右(小信號頻率)。


也就是說,若原振動子小信號測量的頻率是 14.85 khz ,則連上模具后再測頻率為 14.75 khz 最為理想。 同時就應考慮到,超聲波換能器接上變幅桿和模具頭后,系統的諧振頻率峰會變得很尖銳,也即帶寬很窄,機械品質因數很大,頻率偏移一點都會造成阻抗很大的增加。表現在驅動電源上就是電源(振幅表電功率)很大或過載保護。若剛好這時是空載調機,則很可能會造成晶片錯位,晶片裂或中心螺桿斷。


功率匹配和阻抗匹配主要是考慮到超聲波焊接系統是間隙式工作,負載變化極大,焊接時要有足夠的功率輸出,空載時要控制在最小振幅。否則,就像前面提到的,空載時輸入很大,則損壞換能器。滿載時功率上不去,焊不牢還是沒用的。