6.1.3 Електрообладнання ультразвукових установок

Для отримання струмів високої частоти, необхідних для живлення електроакустичних перетворювачів, використовуються ультразвукові генератори. За типом перетворювального пристрою вони поділяються на лампові, напівпровідникові (транзисторні та тиристорні) та машинні.

За схемним рішенням лампові, транзисторні та тиристорні генератори можуть бути з незалежним збудженням, з самозбудженням, з електричним або акустичним автоналаштовуванням частоти. Машинні генератори підключаються до навантаження або безпосередньо, або з помножувачами частоти, які дозволяють підвищити робочу частоту перетворювача в ціле число разів.

За своїми технічними можливостями ультразвукові генератори можуть бути універсального застосування та спеціалізовані. Універсальні розраховані на роботу в різних технологічних процесах, припускають широку варіацію вихідних параметрів (потужності, частоти, напруги і т. д.) та умов узгодження з навантаженням. Спеціалізовані передбачають живлення одного або декількох певних навантажень, маючи незмінні вихідні параметри, а саме фіксовану робочу частоту, постійну вихідну потужність.

До складу ультразвукового генератора входить сам генератор, який перетворює енергію джерела живлення змінного або постійного струму в енергію струмів високої частоти, елементи керування генератором, споживач енергії високої частоти в вигляді електроакустичного перетворювача, елементи зворотного зв’язку.

Режим роботи ультразвукового генератора визначається характером технологічного процесу. Найчастіше використовується режим неперервної генерації. Однак для інтенсифікації деяких процесів доцільна робота з радіочастотними імпульсами різної щілинності. Амплітудна модуляція відбувається за рахунок застосування однофазних одно- та двонапівперіодних схем випрямлення без згладжувальних фільтрів, при цьому тип випрямляча визначає середню потужність на виході генератора. Частотна модуляція використовується для усереднення роботи перетворювачів, в яких існує розкид резонансних частот для різних технологічних процесів.

Найширше розповсюдження отримали ультразвукові генератори на транзисторах та тиристорах. Однак останні мають менше використання з огляду на низькі частотні властивості тиристорів, складність схеми керування, малу економічну ефективність при потужності перетворювачів установки до 5 кВт.

Ультразвукові генератори на транзисторах будуються за схемою з незалежним збудженням, з самозбудженням, з автоматичним налаштуванням частоти, блок-схема та електрична схема останнього наведені на рис. 66.

Г

а)

енератор Г виконано за схемою Ройєра на транзисторах VT₁ та VT₂ та трансформаторі T₁. Досягання режиму самозбудження блокінг-генератора здійснюється за рахунок обмоток внутрішніх зворотних зв’язків W₂, W₅, які ввімкнені між емітером та базою вказаних транзисторів. За допомогою вузла завдавання З на елементах R₁ та обмотці N₁ трансформатора T₁ забезпечується необхідний режим генератора за потужністю. Генератор живиться від джерела ДЖ постійного струму E₁.

б)

Рис. 66. Електрична схема (а) та блок-схема (б)

ультразвукового генератора

з автоматичним підлаштуванням частоти

З вторинних обмоток трансформатора T₁ сигнали подаються на парофазний підсилювач П, виконаний на транзисторах VT₃ та VT₄. Навантаженням підсилювача є узгоджувальний трансформатор T₂ (УТ) конденсатори C₄ та C₆. Трансформатор T₂ забезпечує узгодження вихідних параметрів підсилювача з магнітострикційним перетворювачем, який виконує роль навантаження Н генератора. В схемі передбачено зворотній зв’язок ЗЗ за допомогою трансформатора T₃, який впливає через суматор С (обмотка W₁ з R₁) на режим роботи блокінг-генератора. Генератор передбачає можливість ступінчатого регулювання потужності у діапазоні від 10 до 100 % номінальної.

Магнітострикційні перетворювачі дозволяють отримувати робочу щільність потоку акустичної енергії 10 Вт/см² та більше, п’єзоелектричні – 1-5 Вт/см², в останніх щільність струму обмежується механічною міцністю керамічних матеріалів. Робочі частоти магнітострикційних матеріалів складають до 50-100 кГц, п’єзоелектричні перетворювачі використовуються при частотах 100 кГц-20 МГц. При використанні радіочастот ультразвукові установки мають захист від перешкод для радіотрансляційної мережі.

Потужність ультразвукових установок складає 0,04-19 кВт, напруга живлення 220 або 380 В. За надійністю живлення установки відносяться до споживачів другої категорії.

Контрольні питання до підрозділу 6.1

1. Як характеризуються акустичні хвилі ?

2. Які способи отримання ультразвукових коливань ?

3. Що собою являє магнітострикційний перетворювач ?

4. Що собою являє п’єзоелектричний перетворювач ?

5. Яке електрообладнання ультразвукових установок ?

6. Які шляхи використання ультразвуку ?