專家解析超聲波清洗機(jī)電源應(yīng)用原理

   超聲波清洗設(shè)備是以超聲波作用于清洗工件，使得附著在工件上的顆粒、油污等隨超聲波的機(jī)械振動(dòng)而脫落或溶解或乳化等，達(dá)到洗凈工件的目的。從原理上說，超聲波清洗設(shè)備中核心部分應(yīng)該是超聲波的作用。 
       超聲波清洗設(shè)備中的超聲波部分分為兩大部件；一個(gè)是超聲波換能器(或稱超聲波振頭)；另一個(gè)是超聲波發(fā)生器，超聲波換能器是將超聲波發(fā)生器提供的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)。這篇文章只討論超聲波發(fā)生器，不對(duì)超聲波換能器作討論。 
        超聲波發(fā)生器(以下簡稱發(fā)生器)實(shí)質(zhì)是一個(gè)功率信號(hào)發(fā)生器，它產(chǎn)生一定頻率的正弦(或類似正弦)信號(hào)，超聲波發(fā)生器的發(fā)展與電力電子器件發(fā)展密切相關(guān)，一般可分為電子管、模擬式晶體管。開關(guān)式晶體管這幾個(gè)階段，下面分別敘述。

超聲波發(fā)生器的原理 
        首先由信號(hào)發(fā)生器來產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以是正弦信號(hào)，也可以是脈沖信號(hào)，這個(gè)特定頻率就是換能器的頻率，一般在超聲波設(shè)備中使用到的超聲波頻率為25KHz、28KHz、35KHz、40KHz；1OOKHz或以上現(xiàn)在尚未大量使用。但隨著以后精密清洗的不斷發(fā)展。相信使用面會(huì)逐步擴(kuò)大。
        功率放大器可有多種形式，如電子管甲類放大器．甲乙類放大器；晶體管甲類或乙類放大器(均屬于模擬式)：晶體管開關(guān)式放大器等，功率一般從50W到5000W不等，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率信號(hào)經(jīng)過功率放大器后需經(jīng)過阻抗匹配，使得輸出的阻抗與換能器相符，推動(dòng)換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)。
        比較完善的超聲波發(fā)生器還應(yīng)有反饋環(huán)節(jié)，主要提供二個(gè)方面的反饋信號(hào)：*個(gè)是提供輸出功率信號(hào)，我們知道當(dāng)發(fā)生器的供電電源(電壓)發(fā)生變化時(shí)，發(fā)生器的輸出功率也會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)反映在換能器上就是機(jī)械振動(dòng)忽大忽小，導(dǎo)致清洗效果不穩(wěn)定。因此需要穩(wěn)定輸出功率，通過功率反饋信號(hào)相應(yīng)調(diào)整功率放大器，使得功率放大穩(wěn)定。
        第二個(gè)是提供頻率跟蹤信號(hào)，當(dāng)換能器工作在諧振頻率點(diǎn)時(shí)其效率zui高，工作zui穩(wěn)定，而換能器的諧振頻率點(diǎn)會(huì)由于裝配原因和工作老化后改變，當(dāng)然這種改變的頻率只是漂移，變化不是很大，頻率跟蹤信號(hào)可以控制信號(hào)發(fā)生器，使信號(hào)發(fā)生器的頻率在一定范圍內(nèi)跟蹤換能器的諧振頻率點(diǎn)，讓發(fā)生器工作在*狀態(tài)。當(dāng)然隨著現(xiàn)代電子技術(shù)，特別是微處理器(uP)及信號(hào)處理器(DSP)的發(fā)展，發(fā)生器的功能越來越強(qiáng)大，但不管如何變化，其核心功能應(yīng)該是如上所述的內(nèi)容，只是每部分在實(shí)現(xiàn)時(shí)技術(shù)不同而已。

發(fā)生器發(fā)展的幾個(gè)階段 
        發(fā)生器發(fā)展可以分為三個(gè)大的階段；*個(gè)階段是采用電子管放大器；第二個(gè)階段是采用晶體管模擬放大器；第三個(gè)階段是采用晶體管數(shù)字(開關(guān))放大器。 
 電子管放大器 
        在早期上世紀(jì)80年代前，信號(hào)的功率放大還采用電子管．采用電子管的*好處呈它的動(dòng)態(tài)范圍較寬．這個(gè)好處對(duì)于音頻放大器致關(guān)重要，但對(duì)超聲波發(fā)生器沒有什么用處，因此一旦功率晶體管出現(xiàn)后即遭淘汰．電子管的缺點(diǎn)很多，例如，功耗大。體積大、壽命短，效率低。 
 晶體管模擬放大器 
        上世紀(jì)80年代到90年代中旬，功率晶體管發(fā)展已非常成熟，各種OCL及OTL電路均適用于發(fā)生器。 
        信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)特定頻率的正弦波，經(jīng)前置放大器進(jìn)行信號(hào)放大，推動(dòng)功率放大器進(jìn)行功率放大。再經(jīng)阻抗變換，提供給換能器，其中VCC，VEE是通過變壓，整流、濾波后的直流電源。 
 但模擬功率放大器有幾個(gè)缺點(diǎn)： 
         (1)功耗較大。由于OTL，OCL電路理論效率只有78％左右，實(shí)際效率更低，功耗大，導(dǎo)致功率管發(fā)熱嚴(yán)重，需要較大的散熱功率，功率管的發(fā)熱導(dǎo)致工作不太穩(wěn)定。 
         (2)體積大、重量重．由于功率管輸出的功率受到限制，要輸出較大的功率需要更多的功率管，況且發(fā)生器所需求的直流電源是通過變壓器降壓。整流。濾波后得到的大功率的變壓器比較重，效率也比較低。 
         (3)不易使用現(xiàn)代的微處理器來處理，由于該電路呈現(xiàn)一個(gè)比較典型的模擬線路特征，用數(shù)字處理比較復(fù)雜，涉及到A／D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)和D／A(數(shù)字轉(zhuǎn)模擬)，成本比較高，可靠性低。