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超声波发生器与超声波换能器如何匹配设计?

来源: | 发布日期:2021-08-23

超声波发生器与超声波换能器匹配设计包括两个方面:

一是通过匹配使发生器向超声波换能器输出额定的电功率,这是由于发生器需要一个最佳数值的负载才能输出额定功率所造成的,把换能器的阻抗变换成最佳负载,就是阻抗的变换作用;


二是通过匹配使发生器输出效率最高,这是由于超声波换能器有静电抗的原因,造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差,从而使输出功率得不到期望的最大输出,使发生器输出效率降低,因此在发生器输岀端并上或串上一个相反的抗,使发生器负载为纯电阻,也即调谐作用。由此可见,匹配的质量直接影响到功率超声源的产生和效率。


超声波换能器


输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件,它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。它不仅会以漏感、励磁电流等方式影响电路的工作,其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。因此,在设计过程中,应选择具有高磁通密度乙、高磁导率μ、高阻率乙、低矫正顽固性乙的高饱和材料作为铁芯。


一般来说,在防止高频变压器瞬态饱和的情况下,应注意以下几点:

1.保证初级电感量足够大。

一般来说,变压器的初级阻抗必须满足以下关系:WL1≥15R。其中,从二次负荷计算为初级边缘的等效电阻值,WL1为初级电感抗,初级电感量过小时,激励电流较大,激励电流过大时,变压器的损失增加,温度上升增加,Bs下降,变压器饱和的可能性增加。


2.考虑“集肤效应”的影响。

高频工作时,流过导线的电流会产生皮肤收集效果。这相当于减少了导线的有效截面积,增加了导线的阻力,导致导线的压降增大,变压器的温度上升,结果变压器进入饱和的危险性增大,建议采用小直径的多条导线绕组的方法。


3.工作磁通密度B的选择。

铁芯材料的磁感应增量,B愈大,所需线圈匝数愈少,直流电阻R也愈小,从而线圈的铜损 Pm也愈小。B变高的话,传输的脉冲前的田埂会变得陡峭。因此,在设计变压器时,选择磁通密度高的材料作为铁心,有利于减少变压器的损失、体积和重量。为了避免稳定或过渡过程中饱和,一般最好选择工作磁通密度B≤Bs/3,这里Bs是磁通密度的最大和磁通密度。


变压器


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