مبدأ وتطبيق محول السيراميك الكهرضغطي

مبدأ محول السيراميك الكهرضغطي

المحول الخزفي الكهرضغطي هو نوع جديد من أجهزة الرقائق التي تحقق مدخلات الجهد المنخفض ومخرجات الجهد العالي من خلال تحويل الطاقة الثانوية للطاقة الكهربائية --- الطاقة الميكانيكية --- الطاقة الكهربائية. هيكلها الأساسي له أشكال عديدة وفقًا للشكل والقطب واتجاه الاستقطاب، ومن بينها المحول الكهرضغطي ذو هيكل الصفائح الطويلة هو الأكثر استخدامًا. إنها ذات هيكل بسيط، سهلة التصنيع، ولها نسبة تصعيد عالية.

بالمقارنة مع المحولات الكهرومغناطيسية التقليدية، فإن المواد وهيكل المنتج وتكنولوجيا المعالجة ومبدأ العمل للمحولات الخزفية الكهرضغطية مختلفة. المواد الرئيسية المستخدمة في المحولات الكهرومغناطيسية هي المواد المغناطيسية والمواد الموصلة، والتي تستخدم كنواة ولف الهيكل، على التوالي، وشكل تحويل الطاقة هو كهربائي-مغناطيس-كهربائي. المواد الرئيسية المستخدمة في محولات السيراميك الكهرضغطية هي المواد الخزفية الكهرضغطية الثنائية (PZT) مثل تيتانات زركونات الرصاص والمواد الخزفية الكهرضغطية الثلاثية (PCM، PSM) - أي إضافة عناصر أخرى وأربعة عناصر على أساس المواد الخزفية الكهرضغطية القائمة على عنصر PZT (PMMN)، وما إلى ذلك. المنتج مصنوع من تلبيد بدرجة حرارة عالية واستقطاب عالي الضغط، ووضع تحويل الطاقة الخاص به هو كهروميكانيكي-كهربائي. يجب إكمال تحويل الطاقة للمحول الكهرومغناطيسي في مساحة ثلاثية الأبعاد متعامدة وفقًا لشكله الهيكلي، ويمكن للمحول الخزفي الكهرضغطي إجراء تحويل الطاقة في المستوى. لذلك، المحول الخزفي الكهروضغطي سهل التصميم في هيكل نوع الرقاقة.

مبدأ العمل لمحول السيراميك الكهرضغطي هو استخدام خصائص مادة السيراميك الكهروإجهادية ذات التأثير الكهرضغطي الإيجابي والتأثير الكهرضغطي العكسي. إن ما يسمى بالتأثير الكهرضغطي الإيجابي هو أن مادة PZT تولد شحنة أو جهدًا تحت تأثير (أو تشوه) القوة، والتأثير الكهرضغطي العكسي هو أن المادة تشوه أو تهتز عند تطبيق الجهد. مبدأ العمل لمحول السيراميك الكهرضغطي هو استخدام خصائص التأثير الكهرضغطية الإيجابية والعكسية لمادة السيراميك الكهرضغطية من خلال تصميم خصائص اتجاه القطب الكهربائي واتجاه الاستقطاب لجسم السيراميك الكهرضغطي، واستخدام التأثير الكهرضغطي العكسي لصنع الطور مع محطة الإدخال. يولد الجسم الخزفي الكهرضغطي المتصل اهتزازًا ميكانيكيًا تحت تأثير الجهد الكهربي، ومن ثم يؤدي التأثير الكهرضغطي الإيجابي إلى قيام الجسم الخزفي الكهرضغطي المتصل بطرف الخرج بتوليد جهد كهربائي. عندما تكون مقاومة طرف الإدخال وطرف الخرج غير متساوية، فإن الجهد والتيار عند كلا الطرفين غير متساويين أيضًا، وبالتالي تحقيق وظيفة تغيير حجم الجهد والتيار بين طرف الإدخال وطرف الخرج.

هيكل محول السيراميك الكهروإجهادي
يستخدم محول السيراميك الكهروإجهادي مواد كهرضغطية، والتي تستخدم خصائص التحويل الكهروميكانيكية، وتتعاون مع جزء الاهتزاز من المكون ومحرك جزء توليد الطاقة لتنفيذ تصميم الاستقطاب. جهد الإدخال يجعل القطعة الكهرضغطية في حالة الرنين، ومن ثم سيغير التأثير الكهرضغطي الإيجابي الضغط العالي المحول إلى خرج الجهد، وذلك لتحقيق تأثير تحويل الجهد.