超聲波發生器與超聲波換能器匹配設計包括兩個方面:
一是通過匹配使發生器向超聲波換能器輸出額定的電功率,這是由于發生器需要一個最佳數值的負載才能輸出額定功率所致,把換能器的阻抗變換成最佳負載,就是阻抗變換作用;二是通過匹配使發生器輸出效率最高,這是由于超聲波換能器有靜電抗的原因,造成工作頻率上的輸出電壓和電流有一定相位差,從而使輸出功率得不到期望的最大輸出,使發生器輸出效率降低,因此在發生器輸岀端并上或串上一個相反的抗,使發生器負載為純電阻,也即調諧作用。由此可見,匹配的質量直接影響功率超聲源的產生和效率。
輸出變壓器是超聲波發生器阻抗匹配、傳輸功率的重要部件,它的設計與繞制工藝對發生器的工作安全是十分重要的。它不僅會以漏感、勵磁電流等方式影響電路的工作,其漏感還是形成輸出電壓尖峰的主要原因。因此,在設計過程中,應選擇具有高磁通密度乙、高磁導率μ、高阻率乙、低矯正頑固性乙的高飽和材料作為鐵芯。
一般來說,在防止高頻變壓器瞬態飽和的情況下,應注意以下幾點:
1.工作磁通密度B的選擇。鐵芯材料的磁感應增量 B愈大,所需線圈匝數愈少,直流電阻R也愈小,從而線圈的銅損 Pm也愈小。B變高的話,傳輸的脈沖前的田埂會變得陡峭。因此,在設計變壓器時,選擇磁通密度高的材料作為鐵心,有利于減少變壓器的損失、體積和重量。為了避免穩定或過渡過程中飽和,一般最好選擇工作磁通密度B≤Bs/3,這里Bs是磁通密度的最大和磁通密度。
2.保證初級電感量足夠大。
一般來說,變壓器的初級阻抗必須滿足以下關系:WL1≥15R。其中,從二次負荷計算為初級邊緣的等效電阻值,WL1為初級電感抗,初級電感量過小時,激勵電流較大,激勵電流過大時,變壓器的損失增加,溫度上升增加,Bs下降,變壓器飽和的可能性增加。
3.考慮“集膚效應”的影響。
高頻工作時,流過導線的電流會產生皮膚收集效果。這相當于減少了導線的有效截面積,增加了導線的阻力,導致導線的壓降增大,變壓器的溫度上升,結果變壓器進入飽和的危險性增大,建議采用小直徑的多條導線繞組的方法。
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