超声波塑料焊接机功率自动调节电路的分析

   对超声波塑料焊接机功率调节电路各器件电参数之间的匹配关系进行了分析,推导出这些电参数之间的匹配原则,此原则对匹配电路的设计具有重要的指导意义。对超声波塑料焊接机功率调节电路各器件电参数之间的匹配关系进行了分析,推导出这些电参数之间的匹配原则,此原则对匹配电路的设计具有重要的指导意义。

超声发生器是超声波塑料焊接机的重要组成部　分之一，研制超声发生器必须解决下面两个关　 Ｒ　为压电片的机械内损耗阻；　Ｒ＿为换能器的结构中的其它机械阻尼阻，通　常忽略介电损耗，取　 键技术：１超声发生器频率跟踪超声换能器谐振　（）频率变化；２超声发生器输出电功率自动调节。（）　超声发生器功率自动调节电路主要由串联匹　配电容和电感组成．们之间匹配电参数的选择　它直接关系到超声换能器的工作特性。如果匹配不　合理，声换能器就不能把超声发生器的电功率　超 Ｒ＝Ｒ＋Ｒ＋Ｒ＿Ｌ＿　 转变成声功率，不能实现焊接．超声波塑料焊　就机要求超声发生器在空载时输出电功率小，负载时输出电功率大，而且，据塑料焊接要求，根负　载时，超声发生器输出的电功率必须随负载增加　而增加．本文对焊机的串联匹配电路进行了较详　细的电学分析，推导出了串联匹配电路电参数之　间的匹配原则，超声波维修此原则对匹配电路的设计具有重　大的指导意义。　圈Ｉ换艟罨辱敢电昂圈　Ｆｉ　　Ｅｑｕｖｌｎ　ｉｃｕｔｄＪｇｒｍ　　ｒｎｄｕｅ　ｇ１ｉａｅｔｃｒｉ　ｓａｏｆｔａｓｃｒ 换能器的匹配电路如图２所示，图中可以　从得到：　ｚ＿（Ｌ一　ｃ＇　ｏ）　　Ｒ（）１　 １功率自动调节电路的分析　　换能器的等效电路如图１所示。中Ｇ为夹　其持电容，叫静态电容；也　＾，　 ：　 （：Ｚ　 丽１ ） （２）　（　３） ｚ苴：２＋　似＋Ｒ内　整理得　 Ｌ＝—　　． 由于换能器质量引起的电感；　．由于换能器柔顺引起的电容：　 ｊ　 ｚＲ　：　而ｊ　Ａ＋ａ其中　：ｍ　一　 ∞　 （）４　 Ｃ．　． Ｋ　 Ｒ为压电陶瓷片的内介电损耗，常可忽略；　通　Ｒ，为声负载阻；　收稿日期：１９—０一Ｉ　９６９ｌ 一＇　　ｃ￣ＬＬ（＋　Ｃｃ ＋∞Ｌｃ＋Ｃ＋Ｃ）（　　　 联系＾：闷久春．讲师／哈尔滨工业大学金属材料丑工艺系　 http://www.6lib.com第六图书馆 ９·８　 哈 尔 滨 工 业 丈 学 学 报　 第２卷　９ ＢｏＣ（１　＝ｃＬ　＋ＣＲ—ＣＲ２ｃ　　Ｅｏ　　ｏ　＝ｃｆ＋Ｃ）ＣＣＲ 式（０对Ｒ求导得　１） Ｄ＝ＪＬｃ（　　ｃ＋＋Ｃ）　ｃ＋ｃ一（０　　　ｚ＝Ｒ　＋—＋Ｂ＋（Ｅ－ＡＤ）　ＡＥＤｊ　　Ｂ　 — （）５　 Ｐ一考　面ｉ２ｃａＲ母　Ｔ萋一ｉ　Ｉ　　＋］＝　ｘｍＲ内Ｊｉ（２２　　６）Ｐ－　即当　一 广 ２　ｄＵＲ２２Ｒ－Ｒ内一２Ｒ＋４一２　一（　ｃ　２ＲＣ（＋ｏＲ＝０ｏａ）１Ｃ）　（１１）　 当ＢＡＤ＝０时，Ｅ－系统无功损耗…即　， ｏ（１　１Ｏ　刁∞（　　，　Ｌｃ＋ｃ＋ＣＣ＋Ｌｃ＋Ｃ＋ｃｘ　ｃ— Ｃ一ｃ）１ｏ一ｏｃ￣＋ｃ）　　（ｃ１０＝０Ｒｃ）６　 Ｐ取得极值。　当Ｒ同—２　一　ＣＲ＋１相比很小时，不考　２２可 — ￣ｏ ，　 虑，（１式变为　则１）Ｒ　＋３　Ｒ一３Ｒ—ｌ　Ｃ’∞　０Ｃ：０ｆ２　ｌ１ ‘ｔＧＩＣ　‘　Ｒ　Ｒ　 即当∞Ｒ＝ｌ率输出最小，ｃ功　对式（）导，理可得：０２　＝１（３　９求同）Ｃ　１）即ｏＲ：１，Ｃ时输入阻抗最大。　由式（１可得：１）　Ｉ一 一 　 ． 一 　 Ｒ　 １Ｃ＋ｏＲ （】Ｒ由　＋Ｒ）”ｎ　　＋Ｒ　　 ｆ二　　 ：　ｎ （）１　４由式（４可知当ｅＲ＝ｌ．（１恒等于　１）ＪＣ时式１）零，明电源内阻不改变输出功率最小点的位置。说　把ｅＲ＝ｌＪＣ代人（１得　１） 瓣Ｒｕ　２ （）１　５ 式（５给出系统在最佳工艺负载．佳匹配　１）二手超声波最的情况下换能器的最小输出。　不考虑电源内部情况，由式（）９可得等效输入　阻ｚ与负载阻Ｒ　电功率尸的关系如表１示。口所　由表１知在正常负载Ｒ从１０００之　可０一１０￣间变化时，效输入阻从８．等１１ｎ增加到１３５然　０．１１Ｆｔ　　Ｅｑｖｌｎｔｃｒｕｉｄｉｇａｏｆｓｒｅ　ｅｏｎｎｔｉｃｕｔｇ３ｕｉａｅ　ｉｃｔａｒｍ　　ｅｉｓｒｓａ　ｃｒｉ　　 后单调递减到４．相应的输入功率从２６Ｗ　Ｉ　１７．４降到１３Ｗ，后又递升到６５ｗ，述关系是　９．然０９．上３在最佳匹配的情况下得出的。际上空载时不要　实 则式（）：４为　 ＝自Ｒ　 ｊ　　Ｒ —ＬｃＣＲＬｏＲ　ｃ］ｏ　　Ｃ￣ｏ＋　２－３（　９） 太高的输入，外空载时式（）另７已不成立。考虑　在电源内阻的情况下。载功率要低于１３Ｗ。空９．对　０于给定的换能器，载时的换能器机械损耗阻Ｒ空　当式（）７成立时，部为零，虚则　一　 ＝Ｒ＋Ｒ是确定的。　ｊ因此应尽量选择Ｃ值使ｏＲＣ　Ｒ　： １这样才会使空损耗较小。，　 不考虑电源内阻，据式（ｏ和等效电路图　根１）式中”是变压器输出电压　Ｒ上的功率输出　 可得负载中流过的电流厶，能器两端电流』电　换ｈ　压　、电流』总分别为：　 牡：而　 （）１　０ ＝　 ，　 http://www.6lib.com第六图书馆 第２期　 ＮＰ春等：声波塑料焊机功率自动调节电路的分析　－超 ·９９　 　＝］（２２２）ｕｏＲ＋１ｏＣ丽＾：—（．ｕ￣ＯＲ＋ｌ２ （７１）　 ２实验结果　　按式（１～（３的匹配原则，换能器的匹　２）２）在配电路中．择匹配电容Ｃ＝０３＃，配电感　选　．Ｆ匹３Ｌ＝１ｍＨ。在２０的电源输人电压下，用　．５０Ｖ采 ——　 — 面　一 　 （）　　１８（９１）　 ＨＣ—ｌ声换能器电参数测试仪　测得不同焊接　超， ‘　（＋ｏＣ１，＝Ｒ１　　　　：　ｇＲ　 负载（这里以焊接压力为参量）能器两端电压、换电　流、人电功率、输阻抗如表２所示。表中可以看　从 式（６、１）（９分别对Ｒ求导，别当：１）（７、１）分　ｅＲ＝ｌ　）Ｃ＋，ｏＲ＝ｏＣ　一ｌｇＲ＝ｌ时，取　，ｏＣ 出换能器的阻抗随压力增加而增加，能器的输　换入电功率随压力增加而增加，负载阻抗增加而　随 极小值，而对式（８求导可得　１）ｃ　＋ｃＲ＋Ｒ一２Ｒ—ｌｃ　２　　　　＝０（０２）　以上规律是在匹配最好的情况下得出的　即：　， 增加，这与前面的分析是一致的。　表２负载对换能器输入电参数的影响　　Ｔａｌ　　Ｉｆｅｃ　ｆｌａ　ｎｅｅｃＢｒｍｅｅｓｏ　ｂｅ２ｎｌｎｅｏ　ｏｄｏ　ｌｕｉ　￣ａｔｒ　ｆｕｔｍＬｉｃｒｒ￣ｅ　ｎ ∞Ｃ＝ｌ　　　ｏ２ＣＲ　）Ｌ＋Ｌ—ＣＲ＝０　　 （１，）　 ｛ｏＲ＝ｌｇ　　Ｃ （）２　２ｆ３　２） 上式中　，　　别为换能器的动态电感，Ｃ，分Ｒ动　态电容和机械损耗阻，（１一（３绐出了实现功　式２）２）率自动调节的设计依据。　 衷１　不同载件换器负阻输功　负条下能的载，入电率Ｔａｌ　　Ｌｏｄｒｓｓａｃ　ｎｕ　ｏｒｏ　ｒｒｄｅ　ｂｅ１ａ　ｅｉｔｎｅｉｐｔｐｗｅ　ｆｔａｓｕｒ ３结论　　超声波塑料焊接机功率调节电路中各器件电参　数之间存在一定的制约关系。本文给出的设计　按原则，以实现焊机输出功率随焊接负载的增加　可 ｕｄｒｄｅｎ　ａ　ｏｄｉｎｎｅｉｒｔｏｄｃｎｉｏ　　ｆｅｌｔ 而增加，对焊机的电路设计见有重要的指导意义。这　参考文献　 １王洪明．电工技术与电子技术．上册．北京：清华大学出　版社．９４１９　 ２目久春，超声换能器电声效率测试装置的研究．学技　声术，