در حال حاضر، ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک به طور گسترده در یک سری از زمینه ها، از جمله لوازم خانگی و محصولات نظامی با تکنولوژی بالا استفاده می شود. یکی از معمول ترین کاربردها، راه اندازی لامپ فلورسنت کاتد سرد است. این به این دلیل است که مشخصات ولتاژ و جریان ورودی و خروجی ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک برای لامپ فلورسنت منفی سرد بسیار مناسب است. ویژگی های دستگاه امپدانس خروجی بالا، جریان خروجی کم و تغییرات ولتاژ خروجی زیاد با امپدانس است. در حالی که لامپ فلورسنت سرد هنگام راه اندازی به ولتاژ راه اندازی 1000 ولت نیاز دارد، زمانی که به ولتاژ بسیار کمتری نیاز دارد. سرامیک پیزو پیزو در حالت کار پایدار است که تقریباً نصف ولتاژ راه اندازی است و امپدانس آن بسیار کمتر از آن است که در هنگام راه اندازی است. علاوه بر این، لامپ فلورسنت سرد به جریان بسیار کمتری نیاز دارد. این ویژگی های لامپ های فلورسنت سرد بسیار شبیه به ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک است. یکی دیگر از کاربردهای مهم ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک مبدل های DC و DC است. علاوه بر این، ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک کاربردهای زیادی دارند، مانند مواردی که در سیستمهای ایمن ضد انفجار استفاده میشوند. باتوم های برقی، توری های ضد سرقت، جعبه های برداشت، حامل های پول نقد و کابینت های ایمن، لوله های تصویر، لوله های کاتد سرد در نمایشگرهای کریستال مایع، لامپ های نئون، لامپ های لیزری یا لوله های اشعه ایکس، پاشش الکترواستاتیک ولتاژ بالا، فلوکینگ الکترواستاتیک با ولتاژ بالا و سیستم های نمایشگر رادار ولتاژ بالا، لوله های نمایشگر با فشار بالا، دستگاههای فتوکپی، پرینترهای لیزری، دستگاههای فکس و دستگاههای بیصدا، مولد برق، دستگاه کپی الکترواستاتیک، تجهیزات پزشکی، خوشبوکننده هوا، کابینت ضدعفونی کننده ازن، تجهیزات نظامی و هوافضا و غیره قابل ذکر است که هنگام تلاش برای جایگزینی ترانسفورماتور الکترومغناطیسی زخمی سنتی با ترانسفورماتور پیزوالکتریک، زیرا نباید ترانسفورماتور سرامیکی سختگیرانه را تعویض کنیم. الزامات مدار جانبی آن در حال حاضر تولیدکنندگان معمولا ترانسفورماتور را به صورت مجموعه کامل می فروشند و به ندرت ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک ایزوله را به صورت جداگانه می فروشند.
تحقیق مواد ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک
مواد سرامیکی پیزوالکتریک به طور گسترده در فیلترها، مبدلهای اولتراسونیک، محرکهای پیزوالکتریک و حسگرها استفاده شدهاند. دستگاه های مختلف به پارامترهای عملکرد متفاوتی از مواد سرامیکی پیزوالکتریک نیاز دارند. اصل کار ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک با استفاده از اثرات پیزوالکتریک مثبت و منفی مواد پیزوالکتریک محقق می شود. در ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک، مبدل های دیسکی سرامیکی پیزو به عنوان ترانسفورماتور استفاده می شوند. در انتهای ورودی دستگاه، انرژی متناوب ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک ورودی از طریق اثر پیزوالکتریک معکوس به انرژی ارتعاشی مکانیکی تبدیل میشود. در انتهای خروجی ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک، ارتعاش مکانیکی از طریق اثر پیزوالکتریک مثبت به انرژی الکتریکی متناوب تبدیل میشود و امپدانس در دو تبدیل انرژی تبدیل میشود، بنابراین فرکانس تشدید ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک محقق میشود. برای دستیابی به بالاترین راندمان تبدیل انرژی، سرامیک های پیزوالکتریک با خواص خاص باید انتخاب شوند. برای سرامیک های پیزوالکتریک مورد استفاده برای ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک، ضریب کوپلینگ الکترومکانیکی بالاتر، ضریب کیفیت مکانیکی بالاتر و ضریب کیفیت الکتریکی و همچنین کمترین میزان ممکن مورد نیاز است. توسعه ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک به دلیل ضریب دمایی آن از توسعه مواد سرامیکی پیزوالکتریک جدایی ناپذیر است. در مراحل اولیه تحقیق در مورد ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک، مواد سرامیکی پیزوالکتریک عمدتاً یکپارچه بوده و نماینده مهم آن سرامیک تیتانات باریم است. اگرچه این نوع مواد سرامیکی پیزوالکتریک دارای ثابت دی الکتریک بالایی است، دمای آن پایدار است. این ویژگیهای سرامیکهای پیزوالکتریک باریم تیتانات برای توسعه و کاربرد ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک با قدرت بالا مناسب نیستند.
تیتانات زیرکونات سرب یک ماده سرامیکی پیزوالکتریک دوتایی است که دارای خواص پیزوالکتریک بسیار قوی و بسیار پایدار است. در مقایسه با سرامیک های پیزوالکتریک تیتانات باریم، سرامیک های پیزوالکتریک تیتانات سرب زیرکونات دارای انواع مختلفی از مواد هستند. مواد PZT-4 نوعی انتشار است. مواد PZT-8 نوعی سرامیک پیزوالکتریک با تلفات مکانیکی و دی الکتریک کم، میدان دپلاریزاسیون AC بزرگ، ثابت دی الکتریک بزرگ، ضریب جفت الکترومکانیکی و ثابت پیزوالکتریک است. این به ویژه برای تحریک میدان الکتریکی قوی و دامنه مکانیکی بزرگ مناسب است، بنابراین اغلب در مبدل های انتقال دهنده و ترانسفورماتورهای پیزوالکتریک استفاده می شود. ثابت دی الکتریک، ضریب جفت الکترومکانیکی و ثابت پیزوالکتریک سرامیک پیزوالکتریک مواد PZT-4 کمی کمتر از PZT-4 است، اما استحکام کششی و پایداری آنها بهتر از مواد PZT-4 است. همچنین ضریب کیفیت مکانیکی بالاتری دارند و برای تحریک دامنه مکانیکی بالا مناسبتر هستند. بنابراین، آنها به طور گسترده ای برای ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک استفاده می شوند. به منظور پاسخگویی به نیازهای توسعه مبدل های سرامیکی پیزوالکتریک پرقدرت و ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک، سرامیک های پیزوالکتریک سه تایی بر اساس تیتانات زیرکونات سرب دوتایی توسعه یافتند. کوارتز کریستال پیزو سرامیک . سرامیک های پیزوالکتریک سه تایی از مواد با اندازه ذرات ریز ساخته شده بودند که با عملکرد پخت خوب، دمای پخت پایین، تخلخل کم و کیفیت بالا مشخص می شدند. سرامیک های پیزوالکتریک سه تایی معمولاً به عنوان سرب نیوبیم منیزیم زیرکونات تیتانات، نیوبیم سرب روی زیرکونات تیتانات و سرب تلوریوم منگنز زیرکونات تیتانات استفاده می شود. به منظور بهبود عملکرد ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک، سرامیک های پیزوالکتریک چهارتایی بر اساس سرامیک های پیزوالکتریک سه تایی ساخته شده اند. مشخصات اصلی آنها شبیه به سرامیک های پیزوالکتریک سه تایی است، اما ضریب جفت الکترومکانیکی، ضریب کیفیت مکانیکی و ضریب کیفیت الکتریکی آنها بیشتر است. برای نیاز ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک با قدرت بالا مناسب تر است.
