Ультразвукового генератора

 

Задачей расчета являетсяопределение параметров обмотки магнитострикционного преобразователя и выбор к нему ультразвуковой генератора.

Исходные данные:

· размеры сердечника;

· материал сердечника.

Последовательность расчета:

Площадь поверхности излучения сердечника, м²:

А_с, (2.124)

где n – число стержней сердечника, А_с – суммарная площадь сечения стержней, м².

При количестве n > 3 ширина крайних стержней составляет половину ширины каждого из остальных стержней.

Электрическая мощность генератора, подводимая к преобразователю:

Р_В=р₃А_Н, (2.125)

где p_c – допустимая удельная электрическая мощность для данного материала сердечника, Вт/м² (табл. 2.11).

Резонансная частота (частота ультразвука) для пакета из прямоугольных пластин:

_, (2.126)

 

где Е – модуль Юнга, Па; р – плотность материала пластин, кг/м³; b, h – размерные параметры пакета (рис. 2.19).

По выходной мощности Р_В и частоте f выбирют ультразвуковой генератор из числа выпускаемых промышленностью (табл. 2.12).

Т а б л и ц а 2.11 Параметры некоторых магнитострикционных материалов

 

Марка материала	Плотность р, 103 кг/м3	Модуль Юнга Е, 1011 Па	Индукция насыщения, Вn, Тл	Напряженность поля подмагничивания Н0, 103 А/м	Допустимая удельная электрическая мощность рн, 104 Вт/м2
Никель НП2 К49Ф2 К50Ф2 Ю12	8, 85 8, 1 8, 2 6, 7 6, 75	2, 13 2, 05 2, 05 1, 58 1, 6	0, 6 2, 0 2, 2 1, 3 1, 4	0, 8…1, 6 1, 6…2, 4 1, 6…2, 4 0, 6 0, 6	70…75 70…75 30…35 30…35

 

Сила тока обмотки возбуждения

I_B=P_B/U_B cosφ, (2.127)

где U_B – напряжение обмотки возбуждения, которое выбирают в зависимости от выходной мощности генератора:

 

РВ, кВт	до 0, 16	0, 25…0, 63	1, 0…1, 6	2, 5 и более
UB, B

 

Коэффициент мощности преобразователей cosφ принимают при пакете из никеля 0, 8…0, 9; из сплава К4Ф2 – 0, 3…0, 6.

Число витков обмотки:

ω =U_B/(4, 44fBS_ст), (2.128)

где В – магнитная индукция, принимаемая по кривой намагничивания В=f(Н) материала сердечника, близкая к значению индукции насыщения В_s, Тл (табл. 2.11); S_ст – площадь поверхности поперечного сечения стержня, м₂.

Сила тока подмагничивания (поляризации), А:

, (2.129)

где Н₀ – напряженность магнитного поля подмагничивания, выбираемая по кривой ∆ l/l=f(H) для желаемой амплитуды колебания, А/м. Рекомендуемые значения Н₀ приведены в табл. 2.11; l_м – средняя длина магнитных силовых линий, м.

 

 

Т а б л и ц а 2.12 Основные характеристики некоторых ультразвуковых генераторов

 

Тип	Потребляемая мощность, кВт	Напряжение питания, В	Число фаз	Выходная мощность, кВт	Рабочая чистота, кГц	Масса, кг
УЗГ1-0, 25 УЗГ3-0, 4 УЗГ5-1, 6/22 УЗГ2-4М УЗГ2-10	0, 4 1, 1 4, 0 6, 0 15, 0	220/380 220/380		0, 25 0, 4 1, 6 4, 5 10, 0	18…44 18…22 18…22 18…22

 

Для двухстержневого преобразователя (рис. 2.19):

L_м=2(h₀+d+b-f). (2.130)

Суммарная сила тока в совмещенной обмотке преобразователя, А:

. (2.131)

Площадь поперечного сечения жилы обмоточного провода, м²:

S_пр=I/j_доп, (2.132)

где j_доп – допустим ая плотность тока, А/м². Для проводов с медной жилой можно принять j_доп=2, 5·10⁶ А/м².

 

 

Рис. 2.19. Формы и размеры двухстержневого пакета магнитострикционного преобразователя ПМС: a, h₀ – ширина и активная длина магнитострикционных стержней; b₀ – ширина окна; h, b, H – высота, ширина и толщина пакета; а – ширина накладки; l_м – длина средней линии магнитного поля в пакете

 

Пример. Рассчитать обмотку магнитострикционного преобразователя моечной ванны (рис. 2.20) и выбрать к нему ультразвуковой генератор. Двухстержневой сердечник преобразователя, выполняемый из никеля марки НП2, имеет размеры (рис. 2.19): а=20 мм, b=Н=63 мм, b₀=23мм, d=25 мм, h=115 мм, h₀=65 мм.

Площадь поверхности излучения сердечника:

мм²=0, 4·10^{-2 м2}.

Электрическая мощность генератора, подводимая к преобразователю:

Р_В=50·10⁴·0, 4·10^-2=2000 Вт,

где принято для никеля р_м=50·10⁴ Вт/м² (табл. 19.1).

 

 

 

 

Рис. 2.20. Схема ультразвуковой моечной ванны с преобразователем ПМС: 1 – сердечник преобразователя; 2 – обмотка; 3 – корпус преобразователя; 4 – диафрагма; 5 – трубы подогрева моющего раствора; 6 – раствор; 7 – корпус ванны; 8 – сетчатая корзина с деталями; 9 – крышка.

 

Резонансная частота преобразователя (2.126):

Гц,

где Е =2, 13·10¹¹ Па – модуль Юнга для материала сердечника.

Выбираем ультразвуковой генератор УЗГ-4М выходной мощностью 4, 5 кВт (ближайшей большей к расчетной Р_В) и рабочей частотой 18 Гц (табл. 2.12).

Так как генератор рассчитан на выходную мощность выше 2, 5 кВт, принимаем напряжение обмотки возбуждения U_B=440В, для преобразователя с сердечником из никеля принимаем cosφ =0, 9.

Сила тока обмотки возбуждения:

I_B = 2000/(440·0.9) = 5.1 А.

Число витков обмотки:

ω = 440/(4, 44·18·10³·0, 5·20·10^-3·63·10^-3)=8, 7.

Принимаем 9 витков.

Сила тока подмагничивания (2.129):

А,

где принято Н₀=800 А/м (табл.19.1).

Средняя длина силовых линий магнитного поля:

l_м=2(65+25+63+-20)·10^-3=266·10^{-3 м.}

Суммарная сила тока в обмотке:

А.

Площадь поперечного сечения обмоточного провода S=14, 4/2, 5=5, 76 мм².

Принимаем провод марки ЛЭЛД 6 сечением 6 мм², диаметром 2, 76 мм.