УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2008 года по МПК B06B1/08 

Область техники

Изобретение относится к устройствам для получения колебаний ультразвукового спектра и предназначено для обеспечения функционирования мощных магнитострикционных преобразователей, которые найдут широкое применение в различных технологических процессах, например при сушке пиломатериалов или других гигроскопичных материалов.

Уровень техники

Известен импульсный ультразвуковой генератор (см. патент РФ №2046550, МПК Н04К 15/00, опубл. 20.10.1995 г.), содержащий магнитострикционный преобразователь, обмотка которого последовательно соединена с корректирующей RC-цепью, тиристорный ключ, состоящий из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, соединенных последовательно с магнитострикционным преобразователем, систему импульсно-фазового управления, состоящую из симметричных взаимодополняющих друг друга плеч, формирующих импульсы в разные по полярности полупериоды сетевого напряжения.

Недостатком известного ультразвукового генератора является то, что частота импульсов связана с частотой сети и при частоте 20-30 кГц возникают большие потери в тиристорах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является импульсный ультразвуковой генератор (патент RU №2145467 С1, МПК H04R 15/00, В06В 1/08, опубл. 10.02.2000), содержащий магнитострикционный преобразователь, обмотка возбуждения которого последовательно соединена с конденсатором и датчиком тока, квазирезонансный преобразователь частоты с сумматором на входе и двумя силовыми транзисторами на выходе, которые соединены последовательно между собой и конденсатором, а базами - с формирователем импульсов и задающим генератором импульсов.

Недостатками устройства-прототипа являются невысокая выходная мощность, ограниченная сверху использованием полумостового преобразователя на биполярных транзисторах, отсутствие схемы регулирования выходной мощности, а также отсутствие возможности использования магнитострикционного преобразователя в других режимах, кроме режима непрерывного излучения.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание устройства, которое обеспечивало бы технический результат в виде увеличения выходной мощности при плавном ее регулировании и возможности работы генератора в режимах импульсного излучения с регулируемым значением периода и коэффициента заполнения (скважности) импульсов, модулирующих несущую частоту, равную резонансной частоте магнитострикционного излучателя; а также возможности использования его в импульсном режиме, когда необходимо подводить энергию ультразвука к механической системе, имеющей резонансную частоту, отличающуюся от резонансной частоты магнитострикционного излучателя, например, при ультразвуковой сушке пиломатериала или других гигроскопичных материалов.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как ультразвуковой генератор, содержащий магнитострикционный излучатель, обмотка возбуждения которого последовательно соединена с конденсатором, и схему управления, - и отличительных, существенных признаков, таких как: в устройство введены последовательно включенные первый выпрямитель, первый инвертор, управляемый от первого ШИМ-котроллера, импульсный повышающий трансформатор, второй выпрямитель, второй инвертор, управляемый от второго ШИМ-контроллера, а схема управления содержит обмотку акустической обратной связи, расположенную на отдельном сердечнике магнитострикционного излучателя, переключатель режимов, регулятор несущей частоты, регулятор частоты модулирующих импульсов, регулятор скважности и фазорегулятор, при этом один конец обмотки акустической обратной связи подключен к общему проводу, а другой - через переключатель режимов соединен со вторым ШИМ-контроллером, причем регулятор частоты модулирующих импульсов, регулятор скважности и фазорегулятор подключены к управляющим входам второго ШИМ-контрорллера, а регулятор несущей частоты подключен к управляющему входу первого ШИМ-контроллера.

По данным научно-технической и патентной литературы, авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения уровню изобретения.

Краткое описание чертежей

На чертеже показана блок-схема устройства по настоящему изобретению.

Ультразвуковой генератор содержит магнитострикционный излучатель 1, обмотка возбуждения 2 которого последовательно соединена с конденсатором 3, и схему управления 4. В генератор введены последовательно включенные первый выпрямитель 5, первый инвертор 6, управляемый от первого ШИМ-котроллера 7, импульсный повышающий трансформатор 8, второй выпрямитель 9, второй инвертор 10, управляемый от второго ШИМ-контроллера 11.

Схема управления содержит обмотку акустической обратной связи 12, расположенную на отдельном сердечнике магнитострикционного излучателя, переключатель режимов 13, регулятор несущей частоты 14, регулятор частоты модулирующих импульсов 15, регулятор скважности 16 и фазорегулятор 17, при этом один конец обмотки акустической обратной связи 12 подключен к общему проводу, а другой - через переключатель режимов 13, соединен со вторым ШИМ-контроллером 11. Регулятор частоты модулирующих импульсов 15, регулятор скважности 16 и фазорегулятор 17 подключены к управляющим входам второго ШИМ-контрорллера 11, а регулятор несущей частоты 14 подключен к управляющему входу первого ШИМ-контроллера 7.

Первый выпрямитель 5 выполнен по схеме шестифазного моста Ларионова. Первый инвертор 6 и второй инвертор 10 собраны по мостовой схеме на IGBT-модулях и работают в квазирезонансном режиме. Данный режим обеспечивает минимальные динамические потери в силовых ключах. Импульсный трансформатор 8 служит для повышения напряжения питания второго инвертора и одновременно является устройством гальванической развязки магнитострикционного преобразователя от питающей сети с целью обеспечения электробезопасности устройства. Второй выпрямитель 9 выполнен по схеме моста Греца. Переключатель режимов работы 13 в правом по схеме положении замыкает цепь обратной связи, при этом включается фазовая автоподстройка несущей частоты и автоматически устанавливается ее значение, равное резонансной частоте механической колебательной системы, состоящей из магнитострикционного излучателя 1 и устройств (не показаны), на которые он нагружен. В левом по схеме положении переключателя осуществляется ручная регулировка несущей частоты. Регуляторы 14...17 выполнены на резисторах переменного сопротивления и служат для изменения режимов работы генератора.

Ультразвуковой генератор работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения первый инвертор 6 начинает работать на частоте, определяемой значением сопротивления регулятора 15, управляющим первым ШИМ-контроллером 7. Центральной является частота, равная половине резонансной частоты магнитострикционного излучателя. Напряжение, повышенное с помощью импульсного трансформатора 8 в несколько раз, через второй выпрямитель 9 поступает на клеммы питания второго инвертора 10, а с его выходных зажимов - на последовательную цепь, составленную из конденсатора 3 и обмотки возбуждения 2 магнитострикционного излучателя 1, который начинает излучать ультразвуковые колебания, модулированные по амплитуде импульсами, вырабатываемыми вторым ШИМ-контроллером 11. Частота и скважность импульсов, а соответственно и выходная мощность генератора определяются положением регуляторов 15 и 16. Если переключатель режимов работы 13 находится в правом по схеме положении, работает фазовая автоподстройка частоты, которая настраивается фазорегулятором 17 по максимуму выходной мощности. В этом случае возникают автоколебания в контуре: обмотка акустической обратной связи 12 - переключатель 13 - ШИМ-контроллер 11 - инвертор 10 - конденсатор 3 - обмотка возбуждения 2. Автоколебания инициируются импульсами, генерируемыми ШИМ-контроллером 11 и имеют частоту, равную половине резонансной частоты механической системы магнитострикционный преобразователь - нагрузка. В левом по схеме положении переключателя 13 осуществляется ручная регулировка несущей частоты. Коэффициент заполнения модулирующих импульсов может изменяться с помощью регулятора 16 от 0 до 1, при этом среднее значение выходной мощности генератора может составлять величину от нескольких ватт до десятков киловатт, мощность в импульсе - несколько сотен киловатт.

Таким образом, создано устройство, позволяющее плавно регулировать выходную мощность при многократном повышении ее верхнего предела вплоть до 30-50 кВт.

Хотя настоящее изобретение описано посредством примера его выполнения, объем данного изобретения не ограничивается этим примером, но определяется лишь формулой изобретения с учетом возможных эквивалентов.

Изобретение относится к устройствам для получения колебаний ультразвукового спектра. Техническим результатом изобретения является увеличение выходной мощности при плавном ее регулировании и обеспечение возможности работы генератора в режимах импульсного излучения с регулируемым значением периода и коэффициента заполнения (скважности) импульсов, модулирующих несущую частоту, равную резонансной частоте магнитострикционного излучателя; а также обеспечение возможности использования его в импульсном режиме, при подводе ультразвуковой энергии к механической системе, имеющей резонансную частоту, отличающуюся от резонансной частоты магнитострикционного излучателя. Ультразвуковой генератор содержит магнитострикционный излучатель 1, обмотка возбуждения 2 которого последовательно соединена с конденсатором 3, и схему управления 4. В генератор введены последовательно включенные первый выпрямитель 5, первый инвертор 6, управляемый от первого ШИМ-котроллера 7, импульсный повышающий трансформатор 8, второй выпрямитель 9, второй инвертор 10, управляемый от второго ШИМ-контроллера 11. Схема управления содержит обмотку акустической обратной связи 12, расположенную на отдельном сердечнике магнитострикционного излучателя 1, переключатель режимов 13, регулятор несущей частоты 14, регулятор частоты модулирующих импульсов 15, регулятор скважности 16 и фазорегулятор 17. 1 ил.

Ультразвуковой генератор, содержащий магнитострикционный излучатель, обмотка возбуждения которого последовательно соединена с конденсатором, и схему управления, отличающийся тем, что в него введены последовательно включенные первый выпрямитель, первый инвертор, управляемый от первого ШИМ-контроллера, импульсный повышающий трансформатор, второй выпрямитель, управляемый от второго ШИМ-контроллера, второй инвертор, напряжение с которого поступает на последовательную цепь, состоящую из конденсатора и обмотки возбуждения магнитострикционного излучателя, а схема управления содержит обмотку акустической обратной связи, расположенную на отдельном сердечнике магнитострикционного излучателя, переключатель режимов, регулятор несущей частоты, регулятор частоты модулирующих импульсов, регулятор скважности и фазорегулятор, при этом один конец обмотки акустической обратной связи подключен к общему проводу, а другой через переключатель режимов, соединен со вторым ШИМ-контроллером, причем регулятор частоты модулирующих импульсов, регулятор скважности и фазорегулятор подключены к управляющим входам второго ШИМ-контроллера, регулятор несущей частоты подключен к управляющему входу первого ШИМ-контроллера, а переключатель режимов выполнен с возможностью изменения положения для осуществления ручной регулировки несущей частоты.