FAQ: Por que alguns equipamentos ultrassônicos operam na frequência de ressonância e outros na frequência de antirressonância?

Modos de operação típicos de transdutores ultrassônicos testáveis pelo Analisador TRZ.

Verifica-se que a maioria dos equipamentos ultrassônicos de potência sujeitos a grandes variações de cargas operam na frequência de antirressonância (frequência série), o exemplo clássico são as máquinas de solda por ultrassom. Em contraste, equipamentos sujeitos a carga constante, ou a variações leves de carga, geralmente operam na frequência de ressonância (frequência paralela), por exemplo, as lavadoras ultrassônicas.

É mais fácil e barato acionar transdutores ultrassônicos na frequência de ressonância (Fr) com relação ao rastreamento de frequência, porque há um ponto de impedância mínima na Fr. A segunda derivada positiva na curva do módulo de impedância facilita o rastreamento da Fr: se a eletrônica for muito lenta, pode haver perda de desempenho, mas dificilmente a queima do um gerador. No entanto, na Fr a impedância é muito menor na condição sem carga, o que causa sobrecarga de corrente se a carga for removida (por isso não se deve ligar uma lavadora ultrassônica desabastecida).

Na frequência de antirressonância (Fa) é mais difícil acionar o transdutor ou conversor com segurança, porque se tem uma impedância máxima nesta frequência e qualquer falha de rastreamento leva à sobrecarga. O circuito do gerador deve ser rápido e preciso. Por outro lado, a impedância na frequência de antirressonância aumenta na condição sem carga, o que torna esta opção altamente conveniente para aplicações com grande variação de cargas. Por isso, pode-se acionar uma máquina de solda por ultrassom em condição sem carga indefinidamente, sem causar danos ao gerador.

Tabela 1 – Comportamento das frequências e das impedâncias em função da carga. Quando a carga aumenta, Fr e Fa diminuem, Zr aumenta e Za diminui.

CargaFr&FaZrZa

Fr, Zr, Fa e Za são parâmetros dinâmicos afetados por mudanças na carga, conforme mostrado na tabela acima. Essa é a razão pela qual os geradores ultrassônicos de potência precisam rastrear a frequência.

Vale a pena notar que um transdutor ultrassônico é capaz de operar em qualquer frequência entre Fr e Fa, e nas proximidades dessas frequências, desde que haja um rastreamento de frequência adequado.

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