CN206425212U - 一种用于超声波复合加工的超声波发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于超声波复合加工的超声波发生器，包括可控整流电路模块、滤波稳压电路模块、功率转换电路模块、高频变压器、换能器、电感值分档粗调和连续变化微调结合的匹配电路模块、电感值分档粗调和连续变化微调结合的振荡电路模块、驱动电路模块和控制电路模块，所述可控整流电路模块的输入端与交流电源相连，可控整流电路模块的输出端、稳压滤波电路模块、功率转换电路模块、高频变压器、匹配电路模块和换能器依次相连；匹配电路模块与振荡电路模块、驱动电路模块、功率转换电路模块依次相连。本实用新型的有益效果为：本实用新型产生的频率可以与多种换能器的固有频率相同，所述超声波发生器能够和多种换能器谐振匹配，适用范围广。

Description

一种用于超声波复合加工的超声波发生器

技术领域

本实用新型涉及了一种超声波发生器，具体涉及一种用于超声波复合加工的超声波发生器。

背景技术

随着工业的快速发展，超声波技术的应用越发广泛，如超声波振动和各种传统的机械加工方法结合的超声波复合加工，以及超声清洗、超声波检测、超声雾化、医学上的B超等。

然而，传统的超声波发生器匹配性能不佳，很难达到理想的效果，超声能量传递效率低；并且，目前的超声波发生器其振荡电路和匹配电路中的电感为固定电感，要么频率固定要么频率变化范围严重受限，不能产生多种固有频率不同的换能器谐振所需要的频率，超声波发生器只能与对应的换能器进行匹配，造成严重的资源浪费。因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种能量传递效率高且可与多个固有频率不同、容抗参数不同的压电式换能器匹配的用于超声波复合加工的超声波发生器。

本实用新型采用的技术方案为：一种用于超声复合加工的超声波发生器，其特征在于，包括可控整流电路模块、滤波稳压电路模块、功率转换电路模块、高频变压器、换能器、电感值分档粗调和连续变化微调结合的匹配电路模块、电感值分档粗调和连续变化微调结合的振荡电路模块、驱动电路模块和控制电路模块，所述可控整流电路模块的输入端与交流电源相连，可控整流电路模块的输出端、稳压滤波电路模块、功率转换电路模块、高频变压器、匹配电路模块和换能器依次相连；匹配电路模块与振荡电路模块、驱动电路模块、功率转换电路模块依次相连；其中，所述可控整流电路模块用于产生0~220V连续可调的脉动直流电；所述滤波稳压电路模块用于将可控整流电路模块产生的在0~220V范围内连续可调的脉动直流电变成在0~310V范围内连续可调的稳定直流电；所述功率转换电路模块用于将稳定直流电转化成高频交流电；所述高频变压器用于将电压升高或降低成换能器所需要的电压；换能器用于将高频的电信号转变成高频的机械振动；匹配电路模块用于在特定频率下产生一定的感抗和电容中的容抗抵消，并保证电压电流信号的相位相同；所述振荡电路模块用于产生与换能器固有频率相同的电信号；所述驱动电路模块用于将产生的高频电信号驱动功率转换电路模块中的功率三极管；所述控制电路模块用于控制功率转换电路模块的工作状态，调节频率和输出功率。

按上述方案，所述超声波发生器还包括保护电路模块，保护电路模块与功率转换电路模块相连；所述保护电路模块用于保护功率转换电路模块。

按上述方案，在整流电路模块与功率转换电路模块之间串联直流电流表。

按上述方案，所述匹配电路模块包括高频变压器中的第一电感、分档可调的第二电感，以及小范围连续可调的第三电感，第一电感、第二电感和第三电感依次串联。

按上述方案，所述第二电感为多抽头电感，第二电感的一端固定，第二电感的另一端可更换抽头。

按上述方案，所述第三电感的电感值在零到第二电感的最小电感值之间连续变化。

按上述方案，所述振荡电路模块包括分档可调的第四电感、电感值可连续变化的第五电感，以及与换能器并联的总电容，所述电容包括三个依次串联的分电容，第一电感、第二电感和第三电感串联后与总电容并联，第四电感和第五电感串联后与串联的第二个电容与第三个电容的连接点处连接。

按上述方案，在驱动变压器的输入端并联测量频率的数显频率表。

本实用新型的有益效果为：现有的匹配电路只有一个高频变压器次级线圈上边的电感或者高频变压器次级线圈的电感和一个电感值固定的电感串联，这种匹配电路产生的感抗只能抵消一种换能器的容抗，只能与一种换能器匹配；而本实用新型中的振荡电路模块和匹配电路模块均分别采用一个电感值分档可调的电感和电感值连续可调的电感配合的结构，与传统的固定电感相比，产生的频率可以与多种换能器的固有频率相同，产生的感抗能抵消多种换能器的容抗，所述超声波发生器能够和多种换能器谐振匹配，并高效地将能量传递给多种换能器，能量利用率更高，使用范围广，由本实用新型驱动的换能器的变幅杆振动幅度更大，加工效果更好；本实用新型频率跟踪快，成本低，制作简单，可自动快速准确地连续执行超声波驱动工作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为功率转换电路模块的电路示意图。

图3为可控整流电路模块的电路示意图。

图4为振荡电路、换能器和驱动电路的连接示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地描述。

如图1所述的一种用于超声复合加工的超声波发生器，包括可控整流电路模块、滤波稳压电路模块、功率转换电路模块、高频变压器、换能器、电感值分档粗调和连续变化微调结合的匹配电路模块、电感值分档粗调和连续变化微调结合的振荡电路模块、驱动电路模块、控制电路模块和保护电路模块，所述可控整流电路模块的输入端与交流电源相连，可控整流电路模块的输出端、稳压滤波电路模块、功率转换电路模块、高频变压器、匹配电路模块和换能器依次相连；匹配电路模块与振荡电路模块、驱动电路模块、功率转换电路模块依次相连；功率转换电路模块与保护电路模块相连。

所述可控整流电路模块用于产生0~220V可控的连续可调的脉动直流电。如图3所示，可控整流电路模块包括输出电压可控的单相全控整流电路还有阻容吸收保护电路，单相全控整流电路的输出电压在0~220V的范围内连续可调。

所述滤波稳压电路模块用于将可控整流电路模块产生的在0~220V范围内连续可调的脉动直流电中的杂波成分滤除掉，并将在0~220V范围内连续可调的脉动直流电变成在0~310V范围内连续可调的稳定直流电。

所述功率转换电路模块采用推挽逆变电路，用于将稳定直流电转化成高频交流电。如图2所示，功率转换电路模块包括将直流电转变成高频交流电的逆变电路，逆变电路产生的电压的频率由振荡电路模块决定（逆变电路包括上下两桥，各桥由多个并联的功率管组成，当需提高超声波发生器的输出功率时，在上下两桥多并联几个功率管，且逆变电路中一两只功率管损坏不影响其他功率管的正常工作，使超声波发生器工作稳定可靠）。

所述高频变压器用于提供将电压升高或降低成换能器所需要的电压；高频变压器输出端的电感还作为匹配电感的一部分。

所述换能器用于将高频的电信号转变成高频的机械振动，将电能转换成机械能。

所述匹配电路模块用于在特定频率下产生一定的感抗和换能器中的容抗抵消，减少无用功所占比率，提高能量的利用率，也保证电压电流信号的相位相同。匹配电路模块包括位于高频变压器次级线圈中的第一电感、分档可调的第二电感，以及电感值可在零到第二电感的最小电感值的范围内连续可调的第三电感，第一电感、第二电感和第三电感依次串联。第二电感为多抽头电感，其输出端一端固定，另一端可以更换抽头，更换一次抽头，所述第二电感的值改变一次；相邻两个档次之间的电感值差相同而且等于最小档次的电感值。第三电感的电感值在零到第二电感的最小电感值之间连续变化。第二电感用于粗调，第三电感用于精调，当要匹配不同的换能器时，在第一电感的基础上将第二电感选取的电感值最接近谐振所需的电感值，然后再调节第三电感的电感值，即能满足匹配的要求，从而实现谐振，高效地将能量传递给换能器。

所述振荡电路模块用于产生与换能器固有频率相同的电信号。如图4所示，振荡电路模块采用LC振荡电路，振荡电路模块包括分档可调的第四电感、电感值可连续变化的第五电感，以及与换能器并联的总电容；所述总电容包括三个依次串联的分电容，这三个分电容还起分压作用；第一电感、第二电感和第三电感串联后与总电容并联，第四电感和第五电感串联后与串联的第二个电容与第三个电容的连接点处连接（类似T型连接电路，两端是第二个分电容和第三个分电容，下边是串联的第四电感和第五电感）,第四电感与第二电感的结构相同，第五电感与第三电感的结构相同（串联后整个振荡电路的电感值从零到最大值连续变化，振荡电路产生的电压频率信号大范围连续可调，由此可产生与不同换能器固有频率相同的频率）。

所述驱动电路模块用于将振荡电路模块产生的高频电信号传递至功率转换模块中的功率三极管，驱动功率三极管的开通。驱动电路模块包括两组相位相差180°的驱动电路，驱动电路通过驱动功率转换模块中的功率三极管不断地处于开关状态从而使功率转换模块工作。

所述控制电路模块用于控制功率转换电路模块的工作状态（也即控制驱动电路的通断），调节频率和输出功率。

所述保护电路模块用于保护功率转换电路模块，防止功率转换电路模块中的功率三极管因高温或电压变化太快造成损害。

本实用新型中，在整流电路模块与功率转换电路模块之间串联一个直流电流表，根据显示的电流估算输出功率，并判断是否谐振（串联谐振电路谐振的时候电流最大）。在驱动变压器的输入端并联一个测量频率的数显频率表，可实时监控超声波发生器的频率。

本实用新型的工作原理为：

220V的市电经保险丝保护后进入可控整流电路模块，可控整流电路模块通过控制导通角的大小将市电整流成大小在0~220V范围内变化的脉动直流电压；脉动直流电压经滤波稳压电路模块电压升高1.424倍，并滤波成稳定的范围在0~310V内可调的直流电压；直流电压经功率转换电路模块逆变生成高频电压，并由高频变压器升高或降低至换能器所需要的电压，该电压信号经过匹配电路模块供给串联的三个分电容两端，电压经过几个分电容分压，其中部分电压分至振荡电路模块，经振荡电路模块后经驱动电路模块反馈回去继续驱动功率转换电路模块工作（振荡电路模块分得的电压供给驱动电路模块，驱动电路模块中的驱动变压器包括一个初级线圈和两个次级线圈，两个次级线圈的输出电压相位正好相差180度，避免功率转换电路模块的直通；在功率转换电路模块中功率三极管的漏源极之间并联有保护电路模块中的阻容吸收电路，阻容吸收电路吸收尖峰脉冲从而保护功率转换模块中的功率三级管，驱动变压器产生的两条驱动电路到达功率转换模块中功率三极管，驱动功率三极管导通从而实现逆变））；三个分电容两端的电压全部供给换能器，用来驱动换能器工作，从而实现电能向机械能转换，如此循环往复实现所述超声波发生器的正常工作。数显频率表测量的是驱动电路的频率也就是逆变器的输出频率。

振荡电路模块中可调电感（包括第四电感和第五电感）的电感值大小由LC振荡电路所需要产生的频率决定，电感越大频率越小，电感越小频率越大；针对不同固有频率的换能器，只需将第四电感和第五电感配合调到合适的值，就能产生与换能器固有频率相同的频率。匹配电路模块中第二电感和第三电感的电感值由与超声波发生器匹配的换能器和三个电容的总容抗决定，当频率限定之后，感抗的大小只和电感值有关，配合调节第二电感和第三电感的电感值就可实现感抗值和换能器的容抗值抵消，从而高效率的将能量传递给换能器。由匹配电路模块和振荡电路模块的特性可知，所述超声波发生器可与多种换能器匹配，并高效地将能量传递给多种换能器。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于超声波复合加工的超声波发生器，其特征在于，包括可控整流电路模块、滤波稳压电路模块、功率转换电路模块、高频变压器、换能器、电感值分档粗调和连续变化微调结合的匹配电路模块、电感值分档粗调和连续变化微调结合的振荡电路模块、驱动电路模块和控制电路模块，所述可控整流电路模块的输入端与交流电源相连，可控整流电路模块的输出端、稳压滤波电路模块、功率转换电路模块、高频变压器、匹配电路模块和换能器依次相连；匹配电路模块与振荡电路模块、驱动电路模块、功率转换电路模块依次相连；其中，所述可控整流电路模块用于产生在0~220V范围内连续变化且可控的脉动的直流电；所述滤波稳压电路模块用于将0~220V脉动的直流电稳压成在0~310V范围内连续可调的稳定直流电；所述功率转换电路模块用于将稳定直流电转化成高频交流电；所述功率转换电路模块用于将稳定直流电转化成高频交流电；所述高频变压器用于提供将电压升高或降低成换能器所需要的电压；换能器用于将高频的电信号转变成高频的机械振动；匹配电路模块用于在特定频率下产生一定的感抗和电容中的容抗抵消，并保证电压电流信号的相位相同；所述振荡电路模块用于产生与换能器固有频率相同的电信号；所述驱动电路模块用于将产生的高频电信号驱动功率转换电路模块中的功率三极管；所述控制电路模块用于控制功率转换电路模块的工作状态，调节频率和输出功率。

2.如权利要求1所述的用于超声波复合加工的超声波发生器，其特征在于，所述超声波发生器还包括保护电路模块，保护电路模块与功率转换电路模块相连；所述保护电路模块用于保护功率转换电路模块。

3.如权利要求1所述的用于超声波复合加工的超声波发生器，其特征在于，在整流电路模块与功率转换电路模块之间串联直流电流表。

4.如权利要求1所述的用于超声波复合加工的超声波发生器，其特征在于，所述匹配电路模块包括高频变压器中的第一电感、分档可调的第二电感，以及小范围连续可调的第三电感，第一电感、第二电感和第三电感依次串联。

5.如权利要求4所述的用于超声波复合加工的超声波发生器，其特征在于，所述第二电感为多抽头电感，第二电感的一端固定，第二电感的另一端可更换抽头。

6.如权利要求4所述的用于超声波复合加工的超声波发生器，其特征在于，所述第三电感的电感值在零到第二电感的最小电感值之间连续变化。

7.如权利要求4所述的用于超声波复合加工的超声波发生器，其特征在于，所述振荡电路模块包括分档可调的第四电感、电感值可连续变化的第五电感，以及与换能器并联的总电容，所述电容包括三个依次串联的分电容，第一电感、第二电感和第三电感串联后与总电容并联，第四电感和第五电感串联后与串联的第二个电容与第三个电容的连接点处连接。

8.如权利要求1所述的用于超声波复合加工的超声波发生器，其特征在于，在驱动变压器的输入端并联测量频率的数显频率表。