超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法.pdfVIP

电子科技 2005 年第 9 期（总第 192 期） 超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法 吴秀玲，方少元 （华南理工大学电信学院，广东 广州 510640 ） 摘 要 用检相法测试出换能器输出电压和电流相位差的值和滞后/超前情况作为超声波焊接机工作频率调 整信号，通过磁饱和原理和数字电位器改变线圈电场强度来改变其电感值（即改变电路工作频率）从而跟踪控制 频率使电路回到谐振状态。本文讲述了频率控制原理，给出了实现电路和测试数据，证明了此方法是可行的。 关键词 换能器；磁饱和；数字电位器 中图分类号 TN712 相，当 ω （谐振频率）ω （工作频率）时电路呈 超声波焊接机换能器在不带负载的情形下，振 s 容性，i相位超前 u相位；当 ω ω时电路呈感性， 动于谐振频率上，可近似看作纯电阻。但是一旦带 s i相位滞后 u相位。以 1000W 功率源，20kHz 谐振 负载工作，由于负载的变化，换能器等效电路参数 频率的超声波焊接机为例，测试数据如表 1，波形 有所变化，实际工作频率与电源的谐振频率有差 如图 1 所示。 异，此时焊接效率低下，焊接质量和效果受影响， 焊接机也易受损。所以在设计电路时，必须要考虑 2 相位检测法 到谐振频率的自动跟踪。 以上数据显示，换能器输出电压与电流相位差 的值和滞后/超前情况代表着工作频率与振动系统 1 超声波换能器特性 固有谐振频率之间的关系。所以，若把电压、电流 调谐状态时，换能器两端电压 U=iR ，即电压 相位差信号取出，作为工作频率变化的控制信号， m 与电流是同相的。当换能器失谐时，u 与 i 不再同 达到频率跟踪的目的。电路原理框图如图 2 所示。 i （F = 66.7kHz ） u （F =20.04kHz ） ∆Q= 0º （a ）调谐下输出电压－电流波形图 （电流相位几乎等同电压相位） i （F = 20.06kHz ） u （F = 20.04kHz ） ∆Q= -28.8º （b ）调谐工作下输出电压－电流波形图（电流相位超前电压相位） i （F = 20.14kHz ） ∆Q= -90º u （F = 20.09kHz ）