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超声波焊接机原理图

超声波焊接机是由超声波发生器,换能器,调幅器,焊头,气动机械装置组成。工作原理是将50/60hz电流通过带有220v电源的超声波发生器转换为高频电能。转换后的高频电能使高频逆变器电路的输出功率满足换能器要求的额定功率。通过换能器将机械运动转换成相同的频率,然后通过一组可以改变振幅的振幅可变棒器件将机械运动传递到焊点头。焊头将接收到的振动能量传输到待焊接工件的接头部分。在这一区域,振动能通过摩擦转化为热能,焊件被熔化成型。

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超声波发生器和换能器是重要的核心部件,根据激发方式的不同,可分为自激式和自激式,超声发生器是指其所激发的超声电源。因为它的激振电路在输出功率上比自激式高10%以上。因此,大多数超声波发生器目前被用作驱动电源。超声波发生器的输入是固定频率信号,具有不定波形,可以正弦和脉冲,但其频率固定为换能器的频率,通常为20、25、28、33、40、60 kz等等。

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通过超声波发生器的内部转换,其输出为功率信号、频率跟踪信号等。由于输出信号随输入信号的变化呈现不稳定状态,因此部分超声发生器内部也存在反馈部分。

反馈效应主要体现在两方面:

一方面,输入信号的变化导致输出功率的不稳定性,传感器的机械振动不规则,导致清洁效果差等后果。加入反馈部分后,功率反馈信号调整输出功率,使其不随输入信号的变化而变化,呈现稳定状态。换能器进行有规律的机械振动,使清洁效果更好。

另一方面,换能器的频率在谐振频率点时是最有效率的,但在实际情况中,由于各种原因,它不能总是在最佳状态下工作,因此,反馈部分发挥了作用,提供了频率跟踪信号。控制信号发生器发出的信号总是在传感器的共振点上,使其始终处于最优状态。

220v单相交流电通过二极管不可控制的整流电路给出直流电压,然后通过由mosfets组成的高频逆变器电路,得到满足换能器要求的高频电压。为了减少高频工作条件下的开关损耗,高频逆变器电路采用了带有辅助网络的全桥结构,

下图该电路结构解决了传统的零电压开关(zvs)pwm电路变压器漏电率小,延迟桥臂难以实现zvs的问题。同时,根据电流增强的原理,这种电路结构可以在任何负载和输入电压范围内实现零电压开关,大大降低了占用比的损失。超声电源与换能器的匹配将决定整个电路的控制效果。

因此,必须对匹配网络的每个参数(高频变压器斜率k,输出匹配分布灵敏度f)进行严格计算。匹配主要是指使超声波发生器输出额定功率,进行阻抗变换匹配。并优化匹配,输出达到最大效率。

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