超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法.pdf

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ωs(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
容性,i 相位超前 u 相位;当ωs >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
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,
2 相位检测法
焊接机也易受损。所以在设计电路时,必须要考虑
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
/
1 超声波换能器特性的值和滞后超前情况代表着工作频率与振动系统
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=iRm,即电压相位差信号取出,作为工作频率变化的控制信号,
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 =


u (F =)
∆ 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 = )



u (F = )
∆Q= -º



(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 = )



u (F = )
∆Q= -90º


收稿日期:2005-04-20 (c)失谐下输出电压-电流波形图(电流相位超前电压相位)
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超声波焊接机频率跟踪控制的一种方法

i (F = )




u (F = )
∆ Q = +72º



(d)失谐下输出电压-电流波形图(电流相位滞后电压相位)
图 1 输出电压-电流波形图
表 1 超声波焊接机输入电流、输出电压电流检测
~
状态 F(kHz) Ii (A)交流 Ii¯(A) 直流 Vp-p(v) 输 Vrms(v)输 Ip-p(A) 输 Irms(A)输 Qu-Qi(º) 电 Vo(v)
频率输入电流输入电流出电压出电压出电流出电流压-电流相整流检
220AC 端 150DC 端峰-峰值