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匹配电路(一)
来源: | 发布日期:2022-10-14

超声波发生器与一般放大器的一个重要区别在于它的匹配电路部分。一般放大器与负载之间的匹配只牵涉到阻抗变换,而超声波发生器与负载之间的匹配则除了阻抗变换之外,还有一项很重要的内容-调谐,即选用一定值的电抗元件,使之在工作频率上与负载中的电抗成分谐振。只有在同时进行了阻抗变换和调谐之后,整个系统才算是达到了匹配,换能器才能正常地工作。


①超声波输出变压器。超声波输出变压器是超声波发生器的重要部件,它的性能优劣将直接影响超声加工的可靠性和工作效果。大量实践证明,各类超声加工设备中的输出变压器由于设计考虑不周、加工工艺问题及操作失误(在阻抗不匹配条件下工作)等因素,时常被烧毁。因此,研究超声波输出变压器有着重要的意义。


a.磁感应强度的选择。超声波输出变压器工作频率一般为16~50kHz。对于这种工作频率的变压器铁芯,用铁氧体是比较理想的。但是,由于制造工艺上的困难,铁氧体不能做得太大。因此只能按照下述原则选择,对于1kW以上的超声波输出变压器,采用硅钢片制作铁芯;对于1kW以下的超声波输出变压器,采用铁氧体制作铁芯。


如果采用0.35mm厚的硅钢片制作铁芯,则输出变压器的磁感应强度取在10~30mH之间。如果采用铁氧体制作铁芯,则输出变压器的磁感应强度一般取100mH左右。


b.开路阻抗。开路阻抗R。和负载阻抗RH之间的关系为


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c.漏感确定的原则。对于输出变压器来说,漏感参数愈大,分布电容愈小;反之,漏感参数愈小,分布电容愈大。理论分析和实验结果表明,输出变压器漏感愈小,电路输出失真愈小,变压器温升愈低,输出功率愈大。但过小的漏感会带来易产生寄生振荡的弊端。对于一般功放输出电路来说,输出变压器的初级电感L和漏感Ls之间的关系为


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式中,04 为末级功放管负载电阻。

输出变压器漏感参数除了满足电路的基本要求外,还必须满足以下与绕制工艺有关的表达式


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式中,06 07 分别为线圈初级、次级绝缘层厚度,mm;08 09 分别为线圈初级、次级厚度,mm;10 为磁路长度,mm;h为线圈的长度,mm;11 为线圈平均匝长,mm;m为分段数;12 为铁芯截面积,m㎡;μ为导磁系数;13 为线圈初级匝数。


测试结果表明,当250W输出变压器漏感10≤1.7mH,5kW输出变压器漏感Ls≤3.7mH,10kW输出变压器漏感10≤4.5mH时,其性能是正常的。


d.线圈设计。线圈的每伏匝数为


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次级匝数                                             15

 

式中,P为末级功放电路输出功率;16 为负载上输出功率;17 为输出变压器的初级阻抗;18为输出变压器的输出阻抗。



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