Генераторы ультразвуковых колебаний

Чтобы преобразовать 50-герцевую частоту электросети в ультразвуковую (с частотой выше 20 кГц), необходимую для питания некоторых специализированных установок, используют спецальные ультразвуковые генераторы. Схема работы таких устройств предусматривает одновременное производство тока подмагничивания — он нужен для получения максимально возможной амплитуды колебаний частоты.

Использование генераторов

Источники ультразвука широко используются в промышленности и даже в быту. На основе звуковых волн такой высокой частоты работают отпугиватели собак, насекомых, грызунов. В промышленности такая энергия используется в:

  • типографском деле — для повышения качества промывки и сокращения времени травления печатных плат;
  • промышленных прачечных — для уменьшения периода замачивания белья в емкостях;
  • химическом производстве — для ускорения протекания процессов;
  • металлообработке — в сфере ультразвуковой очистки металлов, сварки;
  • в электронике — при пайке и лужении схем.

Еще одна распространенная область использования звуковых волн высокой частоты — неразрушающий контроль качества продукции (УЗ-дефектоскопия). Также генераторы нужны в:

  • металлургии — для уменьшения пористости готового металла, удаления из расплавов ненужных примесей;
  • горном деле — для поиска полезных ископаемых, корректировки подземных схем и планов;
  • сельском хозяйстве — для обработки семян в целях повышения их всхожести;
  • пищевой промышленности — для дезинфекции, пастеризации, стерилизации продуктов;
  • медицине — для диагностики заболеваний (УЗИ).

Все применяемые генераторы УЗ-энергии делятся на:

  1. Универсальные генераторы, рассчитанные на работу с широким спектром технологических установок. На таком оборудовании можно вносить корректировки в схему их работы и задавать параметры частоты на выходе в достаточно обширном диапазоне. У некоторых моделей можно менять емкость используемых конденсаторов.
  2. Специализированные генераторы, работающие по схеме, заданной производителем, применяемые там, где необходимость задавать рабочие значения частоты в большом диапазоне отсутствует. Емкость используемых конденсаторов также не может быть изменена.

Работают генераторы на базе ламп или резисторов-полупроводников, могут иметь в основе функционирования схему с независимым или самостоятельным возбуждением. Вторые модели более простые по конструкции, но по стабильности выдаваемых частот могут уступать первым вариантам.

В конструктивном плане аппарат состоит из нескольких узлов, которые называются блоками или каскадами:

  • задающего, работающего с током стандартной частоты и преобразующего его в ультразвуковые импульсы, пока еще маломощные;
  • промежуточного, несколько усиливающего мощность полученной энергии;
  • выходного, который окончательно усиливает импульсы нужной частоты до мощности, требуемой на выходе прибора.

Любой генератор имеет ряд электротехнических характеристик, отражающихся на КПД. Рабочая частота соответствует общепринятым промышленным стандартам, например, 44±4,4 или 18±1,35 кГц. Мощность на выходе имеет диапазон от 0,25 до 10 кВт (с возможностью регулировать этот параметр плавно или ступенчато). Стабильность частоты выражается в отклонении этого параметра от первоначально заявленного диапазона.

Схема ультразвукового генератора

Коэффициент полезного действия УЗ генератора

КПД генераторов определяется как отношение его мощности, получаемой на выходе, к общей, которая потребляется из электрической сети. Этот показатель зависит от множества факторов — режима работы и основной схемы генератора, выдаваемых частот, производителя устройства, качества его сборки и изготовления отдельных компонентов и узлов.

Ламповые генераторы мощностью не выше 0,4 кВт должны иметь КПД не меньше, чем 0,3, их резисторные аналоги — не меньше, чем 0,5. КПД генераторов с мощностью в диапазоне 2,5-10 кВт должен быть не менее 0,5 для генераторов ламповых и не менее 0,65 для резисторных.

Применение в микросварке

Генераторы ультразвука активно применяется в микросварке, когда нужно, например:

  • соединить тончайшие лепестки металлической фольги;
  • присоединить к детали микроскопическую проволоку;
  • сварить миниатюрную емкость из пластмассы.

Традиционная сварка для этого использоваться не может: малейший нагрев приведет материалы в негодность. Менее мощные токовые импульсы в диапазоне ультравысоких частот, создаваемые УЗ генераторами, используются также для неразъемного соединения полимеров.

Ультразвуковой генератор УГЕН-20

Метод сварки на УЗ-частотах был разработан сравнительно недавно. Это «холодная» операция, не изменяющая структуру и свойства свариваемых изделий. Это важно для разных сфер промышленности, в частности, для работы с некоторыми металлами, используемыми в силовой электронике для резисторных и других схем.

Дополнительные материалы по теме: