超聲波焊接機原理圖
超聲波焊接機是由超聲波發(fā)生器,換能器,調幅器,焊頭,氣動(dòng)機械裝置組成。工作原理是將50/60hz電流通過(guò)帶有220v電源的超聲波發(fā)生器轉換為高頻電能。轉換后的高頻電能使高頻逆變器電路的輸出功率滿(mǎn)足換能器要求的額定功率。通過(guò)換能器將機械運動(dòng)轉換成相同的頻率,然后通過(guò)一組可以改變振幅的振幅可變棒器件將機械運動(dòng)傳遞到焊點(diǎn)頭。焊頭將接收到的振動(dòng)能量傳輸到待焊接工件的接頭部分。在這一區域,振動(dòng)能通過(guò)摩擦轉化為熱能,焊件被熔化成型。
超聲波發(fā)生器和換能器是重要的核心部件,根據激發(fā)方式的不同,可分為自激式和自激式,超聲發(fā)生器是指其所激發(fā)的超聲電源。因為它的激振電路在輸出功率上比自激式高10%以上。因此,大多數超聲波發(fā)生器目前被用作驅動(dòng)電源。超聲波發(fā)生器的輸入是固定頻率信號,具有不定波形,可以正弦和脈沖,但其頻率固定為換能器的頻率,通常為15、20kz等等。
通過(guò)超聲波發(fā)生器的內部轉換,其輸出為功率信號、頻率跟蹤信號等。由于輸出信號隨輸入信號的變化呈現不穩定狀態(tài),因此部分超聲發(fā)生器內部也存在反饋部分。
反饋效應主要體現在兩方面:
一方面,輸入信號的變化導致輸出功率的不穩定性,傳感器的機械振動(dòng)不規則,導致清潔效果差等后果。加入反饋部分后,功率反饋信號調整輸出功率,使其不隨輸入信號的變化而變化,呈現穩定狀態(tài)。換能器進(jìn)行有規律的機械振動(dòng),使清潔效果更好。
另一方面,換能器的頻率在諧振頻率點(diǎn)時(shí)是最有效率的,但在實(shí)際情況中,由于各種原因,它不能總是在最佳狀態(tài)下工作,因此,反饋部分發(fā)揮了作用,提供了頻率跟蹤信號??刂菩盘柊l(fā)生器發(fā)出的信號總是在傳感器的共振點(diǎn)上,使其始終處于最優(yōu)狀態(tài)。
220v單相交流電通過(guò)二極管不可控制的整流電路給出直流電壓,然后通過(guò)由mosfets組成的高頻逆變器電路,得到滿(mǎn)足換能器要求的高頻電壓。為了減少高頻工作條件下的開(kāi)關(guān)損耗,高頻逆變器電路采用了帶有輔助網(wǎng)絡(luò )的全橋結構,
下圖該電路結構解決了傳統的零電壓開(kāi)關(guān)(zvs)pwm電路變壓器漏電率小,延遲橋臂難以實(shí)現zvs的問(wèn)題。同時(shí),根據電流增強的原理,這種電路結構可以在任何負載和輸入電壓范圍內實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān),大大降低了占用比的損失。超聲電源與換能器的匹配將決定整個(gè)電路的控制效果。
因此,必須對匹配網(wǎng)絡(luò )的每個(gè)參數(高頻變壓器斜率k,輸出匹配分布靈敏度f(wàn))進(jìn)行嚴格計算。匹配主要是指使超聲波發(fā)生器輸出額定功率,進(jìn)行阻抗變換匹配。并優(yōu)化匹配,輸出達到最大效率。