超聲波焊接機(jī)原理圖
超聲波焊接機(jī)是由超聲波發(fā)生器，換能器，調(diào)幅器，焊頭，氣動(dòng)機(jī)械裝置組成。工作原理是將50/60hz電流通過帶有220v電源的超聲波發(fā)生器轉(zhuǎn)換為高頻電能。轉(zhuǎn)換后的高頻電能使高頻逆變器電路的輸出功率滿足換能器要求的額定功率。通過換能器將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成相同的頻率，然后通過一組可以改變振幅的振幅可變棒器件將機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞到焊點(diǎn)頭。焊頭將接收到的振動(dòng)能量傳輸?shù)酱附庸ぜ慕宇^部分。在這一區(qū)域，振動(dòng)能通過摩擦轉(zhuǎn)化為熱能，焊件被熔化成型。
超聲波發(fā)生器和換能器是重要的核心部件，根據(jù)激發(fā)方式的不同，可分為自激式和自激式，超聲發(fā)生器是指其所激發(fā)的超聲電源。因?yàn)樗募ふ耠娐吩谳敵龉β噬媳茸约な礁?0%以上。因此，大多數(shù)超聲波發(fā)生器目前被用作驅(qū)動(dòng)電源。超聲波發(fā)生器的輸入是固定頻率信號(hào)，具有不定波形，可以正弦和脈沖，但其頻率固定為換能器的頻率，通常為20、25、28、33、40、60 kz等等。
通過超聲波發(fā)生器的內(nèi)部轉(zhuǎn)換，其輸出為功率信號(hào)、頻率跟蹤信號(hào)等。由于輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的變化呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，因此部分超聲發(fā)生器內(nèi)部也存在反饋部分。
反饋效應(yīng)主要體現(xiàn)在兩方面：
一方面，輸入信號(hào)的變化導(dǎo)致輸出功率的不穩(wěn)定性，傳感器的機(jī)械振動(dòng)不規(guī)則，導(dǎo)致清潔效果差等后果。加入反饋部分后，功率反饋信號(hào)調(diào)整輸出功率，使其不隨輸入信號(hào)的變化而變化，呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。換能器進(jìn)行有規(guī)律的機(jī)械振動(dòng)，使清潔效果更好。
另一方面，換能器的頻率在諧振頻率點(diǎn)時(shí)是最有效率的，但在實(shí)際情況中，由于各種原因，它不能總是在最佳狀態(tài)下工作，因此，反饋部分發(fā)揮了作用，提供了頻率跟蹤信號(hào)。控制信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)總是在傳感器的共振點(diǎn)上，使其始終處于最優(yōu)狀態(tài)。
220v單相交流電通過二極管不可控制的整流電路給出直流電壓，然后通過由mosfets組成的高頻逆變器電路，得到滿足換能器要求的高頻電壓。為了減少高頻工作條件下的開關(guān)損耗，高頻逆變器電路采用了帶有輔助網(wǎng)絡(luò)的全橋結(jié)構(gòu)，
下圖該電路結(jié)構(gòu)解決了傳統(tǒng)的零電壓開關(guān)（zvs）pwm電路變壓器漏電率小，延遲橋臂難以實(shí)現(xiàn)zvs的問題。同時(shí)，根據(jù)電流增強(qiáng)的原理，這種電路結(jié)構(gòu)可以在任何負(fù)載和輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，大大降低了占用比的損失。超聲電源與換能器的匹配將決定整個(gè)電路的控制效果。
因此，必須對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)參數(shù)（高頻變壓器斜率k，輸出匹配分布靈敏度f）進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算。匹配主要是指使超聲波發(fā)生器輸出額定功率，進(jìn)行阻抗變換匹配。并優(yōu)化匹配，輸出達(dá)到最大效率。