Характеристика ультразвуковых генераторов
Ультразвуковые генераторы являются источниками питания ультразвуковых установок. Они преобразуют электрическую энергию промышленной частоты (50 Гц) в энергию переменного тока ультразвуковой частоты. Этот ток является током возбуждения преобразователя. Одновременно генераторы вырабатывают ток подмагничивания, необходимый для получения наибольшей величины относительного удлинения преобразователей (т. е. амплитуды колебаний).
В ультразвуковых технологических установках в основном используют ламповые и полупроводниковые генераторы. Они могут работать по схеме с самовозбуждением и независимым возбуждением. Генераторы с самовозбуждением отличаются простотой схемы, но уступают генераторам с независимым возбуждением по стабильности частоты.
Генераторы с независимым возбуждением состоят, как правило, из трех каскадов (блоков): задающего, промежуточного и выходного. Задающий каскад преобразует ток промышленной частоты в ток ультразвуковой частоты (определенного диапазона) при малой мощности электрических импульсов. Промежуточный каскад усиливает эти импульсы до мощности, необходимой для питания выходного блока. Выходной блок окончательно усиливает импульсы тока ультразвуковой частоты до мощности, необходимой для возбуждения преобразователя (нагрузки).
Универсальные и специализированные генераторы
Первые рассчитаны на работу с различными технологическими установками и позволяют, как правило, регулировать выходные параметры в относительно широких пределах. Они применяются при размерной обработке, ультразвуковой очистке, сварке и т. д. Специализированные генераторы чаще применяют в массовом и серийном производстве, когда нет необходимости регулировать выходные параметры в широких пределах.
К электрическим характеристикам ультразвуковых генераторов относятся рабочая частота, выходная мощность, к. п. д., стабильность частоты, стабильность амплитуды колебаний колебательной системы и уровень индустриальных радиопомех.
Рабочая частота (или диапазон частот) генератора должна соответствовать установленным стандартам (18±1,35); (22±1,65); (44+4,4) кГц и т. д.
Выходная мощность генератора означает электрическую мощность, передаваемую им колебательной системе ультразвуковой установки. Наибольшее распространение получили ультразвуковые генераторы мощностью от 0,25 до 10 кВт. В генераторах мощность можно регулировать ступенчато и плавно.
КПД генератора
КПД генератора характеризует отношение его выходной мощности ко всей потребляемой им от сети мощности. Он зависит от схемы генератора, режима работы, качества исполнения и т. д. Для генераторов мощностью до 0,4 кВт к. п. д. должен составлять не менее 0,3 для лампового и 0,5 для полупроводникового генераторов, а, например, мощностью от 2,5 до 10 кВт- не менее 0,5 и 0,65 (соответственно).
Стабильность частоты выше у генераторов с независимым возбуждением, так как она определяется параметрами задающего блока, на работу которого не влияет изменение параметров нагрузки.
В процессе работы колебательных систем может происходить рассогласование по частоте системы и генератора, что является следствием, например, износа инструмента, нагрева концентратора и других причин. В результате рассогласования падает амплитуда колебаний рабочего элемента системы и, как следствие, производительность процесса. Для поддержания постоянной амплитуды колебаний рабочих элементов в процессе ультразвуковой обработки в генераторах применяют блоки автоматической подстройки частоты (блоки АПЧ). Эти блоки предусматривают подстройку частоты электрическими методами, для чего, в частности, в выходном блоке генератора монтируется узел выделения электрического сигнала, пропорционального амплитуде механических колебаний рабочего элемента колебательной системы. При рассогласовании частоты колебательной системы и генератора в обмотке выходного трансформатора последнего выделяется сигнал по величине и фазе тока нагрузки. Этот сигнал вызывает изменение вырабатываемой генератором частоты и сводит к нулю рассогласование; амплитуда колебаний инструмента восстанавливается, что позволяет продолжать операцию в заданном режиме.
Ультразвуковой генератор типа УЗГ13-1,6 (мощность его 1,6 кВт) может работать в режиме независимого возбуждения и с АПЧ. Два диапазона частот этого генератора позволяют работать на 16,35-23,65 кГц.
Стабильность амплитуды колебаний нагрузки достигается также применением автоматической обратной связи (АОС) при использовании генераторов с автоподнастройкой частоты.
