本實用新型涉及了一種超聲波發(fā)生器，具體涉及一種用于超聲波復(fù)合加工的超聲波發(fā)生器。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，超聲波技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)廣泛，如超聲波振動和各種傳統(tǒng)的機械加工方法結(jié)合的超聲波復(fù)合加工，以及超聲清洗、超聲波檢測、超聲霧化、醫(yī)學(xué)上的B超等。

然而，傳統(tǒng)的超聲波發(fā)生器匹配性能不佳，很難達到理想的效果，超聲能量傳遞效率低；并且，目前的超聲波發(fā)生器其振蕩電路和匹配電路中的電感為固定電感，要么頻率固定要么頻率變化范圍嚴重受限，不能產(chǎn)生多種固有頻率不同的換能器諧振所需要的頻率，超聲波發(fā)生器只能與對應(yīng)的換能器進行匹配，造成嚴重的資源浪費。因此，有必要對現(xiàn)有技術(shù)進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能量傳遞效率高且可與多個固有頻率不同、容抗參數(shù)不同的壓電式換能器匹配的用于超聲波復(fù)合加工的超聲波發(fā)生器。

本實用新型采用的技術(shù)方案為：一種用于超聲復(fù)合加工的超聲波發(fā)生器，其特征在于，包括可控整流電路模塊、濾波穩(wěn)壓電路模塊、功率轉(zhuǎn)換電路模塊、高頻變壓器、換能器、電感值分檔粗調(diào)和連續(xù)變化微調(diào)結(jié)合的匹配電路模塊、電感值分檔粗調(diào)和連續(xù)變化微調(diào)結(jié)合的振蕩電路模塊、驅(qū)動電路模塊和控制電路模塊，所述可控整流電路模塊的輸入端與交流電源相連，可控整流電路模塊的輸出端、穩(wěn)壓濾波電路模塊、功率轉(zhuǎn)換電路模塊、高頻變壓器、匹配電路模塊和換能器依次相連；匹配電路模塊與振蕩電路模塊、驅(qū)動電路模塊、功率轉(zhuǎn)換電路模塊依次相連；其中，所述可控整流電路模塊用于產(chǎn)生0~220V連續(xù)可調(diào)的脈動直流電；所述濾波穩(wěn)壓電路模塊用于將可控整流電路模塊產(chǎn)生的在0~220V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的脈動直流電變成在0~310V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)定直流電；所述功率轉(zhuǎn)換電路模塊用于將穩(wěn)定直流電轉(zhuǎn)化成高頻交流電；所述高頻變壓器用于將電壓升高或降低成換能器所需要的電壓；換能器用于將高頻的電信號轉(zhuǎn)變成高頻的機械振動；匹配電路模塊用于在特定頻率下產(chǎn)生一定的感抗和電容中的容抗抵消，并保證電壓電流信號的相位相同；所述振蕩電路模塊用于產(chǎn)生與換能器固有頻率相同的電信號；所述驅(qū)動電路模塊用于將產(chǎn)生的高頻電信號驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換電路模塊中的功率三極管；所述控制電路模塊用于控制功率轉(zhuǎn)換電路模塊的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)頻率和輸出功率。

按上述方案，所述超聲波發(fā)生器還包括保護電路模塊，保護電路模塊與功率轉(zhuǎn)換電路模塊相連；所述保護電路模塊用于保護功率轉(zhuǎn)換電路模塊。

按上述方案，在整流電路模塊與功率轉(zhuǎn)換電路模塊之間串聯(lián)直流電流表。

按上述方案，所述匹配電路模塊包括高頻變壓器中的第一電感、分檔可調(diào)的第二電感，以及小范圍連續(xù)可調(diào)的第三電感，第一電感、第二電感和第三電感依次串聯(lián)。

按上述方案，所述第二電感為多抽頭電感，第二電感的一端固定，第二電感的另一端可更換抽頭。

按上述方案，所述第三電感的電感值在零到第二電感的最小電感值之間連續(xù)變化。

按上述方案，所述振蕩電路模塊包括分檔可調(diào)的第四電感、電感值可連續(xù)變化的第五電感，以及與換能器并聯(lián)的總電容，所述電容包括三個依次串聯(lián)的分電容，第一電感、第二電感和第三電感串聯(lián)后與總電容并聯(lián)，第四電感和第五電感串聯(lián)后與串聯(lián)的第二個電容與第三個電容的連接點處連接。

按上述方案，在驅(qū)動變壓器的輸入端并聯(lián)測量頻率的數(shù)顯頻率表。

本實用新型的有益效果為：現(xiàn)有的匹配電路只有一個高頻變壓器次級線圈上邊的電感或者高頻變壓器次級線圈的電感和一個電感值固定的電感串聯(lián)，這種匹配電路產(chǎn)生的感抗只能抵消一種換能器的容抗，只能與一種換能器匹配；而本實用新型中的振蕩電路模塊和匹配電路模塊均分別采用一個電感值分檔可調(diào)的電感和電感值連續(xù)可調(diào)的電感配合的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的固定電感相比，產(chǎn)生的頻率可以與多種換能器的固有頻率相同，產(chǎn)生的感抗能抵消多種換能器的容抗，所述超聲波發(fā)生器能夠和多種換能器諧振匹配，并高效地將能量傳遞給多種換能器，能量利用率更高，使用范圍廣，由本實用新型驅(qū)動的換能器的變幅桿振動幅度更大，加工效果更好；本實用新型頻率跟蹤快，成本低，制作簡單，可自動快速準確地連續(xù)執(zhí)行超聲波驅(qū)動工作。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為功率轉(zhuǎn)換電路模塊的電路示意圖。

圖3為可控整流電路模塊的電路示意圖。

圖4為振蕩電路、換能器和驅(qū)動電路的連接示意圖。

具體實施方式

為了更好地理解本實用新型，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步地描述。

如圖1所述的一種用于超聲復(fù)合加工的超聲波發(fā)生器，包括可控整流電路模塊、濾波穩(wěn)壓電路模塊、功率轉(zhuǎn)換電路模塊、高頻變壓器、換能器、電感值分檔粗調(diào)和連續(xù)變化微調(diào)結(jié)合的匹配電路模塊、電感值分檔粗調(diào)和連續(xù)變化微調(diào)結(jié)合的振蕩電路模塊、驅(qū)動電路模塊、控制電路模塊和保護電路模塊，所述可控整流電路模塊的輸入端與交流電源相連，可控整流電路模塊的輸出端、穩(wěn)壓濾波電路模塊、功率轉(zhuǎn)換電路模塊、高頻變壓器、匹配電路模塊和換能器依次相連；匹配電路模塊與振蕩電路模塊、驅(qū)動電路模塊、功率轉(zhuǎn)換電路模塊依次相連；功率轉(zhuǎn)換電路模塊與保護電路模塊相連。

所述可控整流電路模塊用于產(chǎn)生0~220V可控的連續(xù)可調(diào)的脈動直流電。如圖3所示，可控整流電路模塊包括輸出電壓可控的單相全控整流電路還有阻容吸收保護電路，單相全控整流電路的輸出電壓在0~220V的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

所述濾波穩(wěn)壓電路模塊用于將可控整流電路模塊產(chǎn)生的在0~220V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的脈動直流電中的雜波成分濾除掉，并將在0~220V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的脈動直流電變成在0~310V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)定直流電。

所述功率轉(zhuǎn)換電路模塊采用推挽逆變電路，用于將穩(wěn)定直流電轉(zhuǎn)化成高頻交流電。如圖2所示，功率轉(zhuǎn)換電路模塊包括將直流電轉(zhuǎn)變成高頻交流電的逆變電路，逆變電路產(chǎn)生的電壓的頻率由振蕩電路模塊決定（逆變電路包括上下兩橋，各橋由多個并聯(lián)的功率管組成，當需提高超聲波發(fā)生器的輸出功率時，在上下兩橋多并聯(lián)幾個功率管，且逆變電路中一兩只功率管損壞不影響其他功率管的正常工作，使超聲波發(fā)生器工作穩(wěn)定可靠）。

所述高頻變壓器用于提供將電壓升高或降低成換能器所需要的電壓；高頻變壓器輸出端的電感還作為匹配電感的一部分。

所述換能器用于將高頻的電信號轉(zhuǎn)變成高頻的機械振動，將電能轉(zhuǎn)換成機械能。

所述匹配電路模塊用于在特定頻率下產(chǎn)生一定的感抗和換能器中的容抗抵消，減少無用功所占比率，提高能量的利用率，也保證電壓電流信號的相位相同。匹配電路模塊包括位于高頻變壓器次級線圈中的第一電感、分檔可調(diào)的第二電感，以及電感值可在零到第二電感的最小電感值的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的第三電感，第一電感、第二電感和第三電感依次串聯(lián)。第二電感為多抽頭電感，其輸出端一端固定，另一端可以更換抽頭，更換一次抽頭，所述第二電感的值改變一次；相鄰兩個檔次之間的電感值差相同而且等于最小檔次的電感值。第三電感的電感值在零到第二電感的最小電感值之間連續(xù)變化。第二電感用于粗調(diào)，第三電感用于精調(diào)，當要匹配不同的換能器時，在第一電感的基礎(chǔ)上將第二電感選取的電感值最接近諧振所需的電感值，然后再調(diào)節(jié)第三電感的電感值，即能滿足匹配的要求，從而實現(xiàn)諧振，高效地將能量傳遞給換能器。

所述振蕩電路模塊用于產(chǎn)生與換能器固有頻率相同的電信號。如圖4所示，振蕩電路模塊采用LC振蕩電路，振蕩電路模塊包括分檔可調(diào)的第四電感、電感值可連續(xù)變化的第五電感，以及與換能器并聯(lián)的總電容；所述總電容包括三個依次串聯(lián)的分電容，這三個分電容還起分壓作用；第一電感、第二電感和第三電感串聯(lián)后與總電容并聯(lián)，第四電感和第五電感串聯(lián)后與串聯(lián)的第二個電容與第三個電容的連接點處連接（類似T型連接電路，兩端是第二個分電容和第三個分電容，下邊是串聯(lián)的第四電感和第五電感）,第四電感與第二電感的結(jié)構(gòu)相同，第五電感與第三電感的結(jié)構(gòu)相同（串聯(lián)后整個振蕩電路的電感值從零到最大值連續(xù)變化，振蕩電路產(chǎn)生的電壓頻率信號大范圍連續(xù)可調(diào)，由此可產(chǎn)生與不同換能器固有頻率相同的頻率）。

所述驅(qū)動電路模塊用于將振蕩電路模塊產(chǎn)生的高頻電信號傳遞至功率轉(zhuǎn)換模塊中的功率三極管，驅(qū)動功率三極管的開通。驅(qū)動電路模塊包括兩組相位相差180°的驅(qū)動電路，驅(qū)動電路通過驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換模塊中的功率三極管不斷地處于開關(guān)狀態(tài)從而使功率轉(zhuǎn)換模塊工作。

所述控制電路模塊用于控制功率轉(zhuǎn)換電路模塊的工作狀態(tài)（也即控制驅(qū)動電路的通斷），調(diào)節(jié)頻率和輸出功率。

所述保護電路模塊用于保護功率轉(zhuǎn)換電路模塊，防止功率轉(zhuǎn)換電路模塊中的功率三極管因高溫或電壓變化太快造成損害。

本實用新型中，在整流電路模塊與功率轉(zhuǎn)換電路模塊之間串聯(lián)一個直流電流表，根據(jù)顯示的電流估算輸出功率，并判斷是否諧振（串聯(lián)諧振電路諧振的時候電流最大）。在驅(qū)動變壓器的輸入端并聯(lián)一個測量頻率的數(shù)顯頻率表，可實時監(jiān)控超聲波發(fā)生器的頻率。

本實用新型的工作原理為：

220V的市電經(jīng)保險絲保護后進入可控整流電路模塊，可控整流電路模塊通過控制導(dǎo)通角的大小將市電整流成大小在0~220V范圍內(nèi)變化的脈動直流電壓；脈動直流電壓經(jīng)濾波穩(wěn)壓電路模塊電壓升高1.424倍，并濾波成穩(wěn)定的范圍在0~310V內(nèi)可調(diào)的直流電壓；直流電壓經(jīng)功率轉(zhuǎn)換電路模塊逆變生成高頻電壓，并由高頻變壓器升高或降低至換能器所需要的電壓，該電壓信號經(jīng)過匹配電路模塊供給串聯(lián)的三個分電容兩端，電壓經(jīng)過幾個分電容分壓，其中部分電壓分至振蕩電路模塊，經(jīng)振蕩電路模塊后經(jīng)驅(qū)動電路模塊反饋回去繼續(xù)驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換電路模塊工作（振蕩電路模塊分得的電壓供給驅(qū)動電路模塊，驅(qū)動電路模塊中的驅(qū)動變壓器包括一個初級線圈和兩個次級線圈，兩個次級線圈的輸出電壓相位正好相差180度，避免功率轉(zhuǎn)換電路模塊的直通；在功率轉(zhuǎn)換電路模塊中功率三極管的漏源極之間并聯(lián)有保護電路模塊中的阻容吸收電路，阻容吸收電路吸收尖峰脈沖從而保護功率轉(zhuǎn)換模塊中的功率三級管，驅(qū)動變壓器產(chǎn)生的兩條驅(qū)動電路到達功率轉(zhuǎn)換模塊中功率三極管，驅(qū)動功率三極管導(dǎo)通從而實現(xiàn)逆變））；三個分電容兩端的電壓全部供給換能器，用來驅(qū)動換能器工作，從而實現(xiàn)電能向機械能轉(zhuǎn)換，如此循環(huán)往復(fù)實現(xiàn)所述超聲波發(fā)生器的正常工作。數(shù)顯頻率表測量的是驅(qū)動電路的頻率也就是逆變器的輸出頻率。

振蕩電路模塊中可調(diào)電感（包括第四電感和第五電感）的電感值大小由LC振蕩電路所需要產(chǎn)生的頻率決定，電感越大頻率越小，電感越小頻率越大；針對不同固有頻率的換能器，只需將第四電感和第五電感配合調(diào)到合適的值，就能產(chǎn)生與換能器固有頻率相同的頻率。匹配電路模塊中第二電感和第三電感的電感值由與超聲波發(fā)生器匹配的換能器和三個電容的總?cè)菘箾Q定，當頻率限定之后，感抗的大小只和電感值有關(guān)，配合調(diào)節(jié)第二電感和第三電感的電感值就可實現(xiàn)感抗值和換能器的容抗值抵消，從而高效率的將能量傳遞給換能器。由匹配電路模塊和振蕩電路模塊的特性可知，所述超聲波發(fā)生器可與多種換能器匹配，并高效地將能量傳遞給多種換能器。

以上僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。