اصول و کاربرد ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک

اصل ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک

ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک نوع جدیدی از دستگاه تراشه ای است که ورودی ولتاژ پایین و خروجی ولتاژ بالا را از طریق تبدیل انرژی ثانویه انرژی الکتریکی --- انرژی مکانیکی --- انرژی الکتریکی محقق می کند. ساختار اصلی آن با توجه به شکل، الکترود و جهت پلاریزاسیون اشکال زیادی دارد که در این میان ترانسفورماتور پیزوالکتریک با ساختار ورق بلند بیشترین استفاده را دارد. ساختار ساده ای دارد، ساخت آن آسان است و نسبت گام به گام بالایی دارد.

در مقایسه با ترانسفورماتور الکترومغناطیسی سنتی، مواد، ساختار محصول، تکنولوژی فرآیند و اصل کار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک متفاوت است. مواد اصلی مورد استفاده در ترانسفورماتورهای الکترومغناطیسی مواد مغناطیسی و مواد رسانا هستند که به ترتیب به عنوان هسته و سیم پیچ سازه مورد استفاده قرار می گیرند و شکل تبدیل انرژی الکتریکی – آهنربایی – الکتریکی می باشد. مواد اصلی مورد استفاده در ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک، مواد سرامیکی پیزوالکتریک دوتایی (PZT) مانند سرب زیرکونات تیتانات، مواد سرامیکی پیزوالکتریک سه تایی (PCM، PSM) هستند - یعنی اضافه کردن عناصر دیگر و چهار عنصر بر اساس PZT عنصر مبتنی بر مواد پیزوالکتریک (PMM با دمای بالا و مواد پیزوالکتریک ساخته شده است). پلاریزاسیون فشار و حالت تبدیل انرژی آن الکترومکانیکی-الکتریکی است. مشاهده می شود که تبدیل انرژی ترانسفورماتور الکترومغناطیسی باید در یک فضای سه بعدی متعامد مطابق شکل ساختاری آن انجام شود و ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک می تواند تبدیل انرژی را در یک صفحه انجام دهد. بنابراین، ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک به راحتی در ساختاری از نوع تراشه طراحی می شود.

اصل کار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک استفاده از ویژگی های اثر پیزوالکتریک ماده سرامیکی پیزوالکتریک و اثر پیزوالکتریک معکوس است. به اصطلاح اثر پیزوالکتریک مثبت این است که این ماده PZT تحت اثر (یا تغییر شکل) نیرو، بار یا ولتاژ تولید می کند و اثر پیزوالکتریک معکوس این است که وقتی ولتاژ اعمال می شود، ماده تغییر شکل می دهد یا می لرزد. اصل کار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک استفاده از ویژگی های اثر پیزوالکتریک مثبت و معکوس مواد سرامیکی پیزوالکتریک با طراحی مشخصات جهت گیری الکترود و جهت قطبش بدنه سرامیکی پیزوالکتریک و استفاده از اثر پیزوالکتریک معکوس برای ساخت فاز با ترمینال ورودی است. بدنه سرامیکی پیزوالکتریک متصل تحت تأثیر ولتاژ، ارتعاش مکانیکی ایجاد می کند و سپس اثر پیزوالکتریک مثبت باعث می شود که بدنه سرامیکی پیزوالکتریک متصل به ترمینال خروجی ولتاژ ایجاد کند. هنگامی که امپدانس ترمینال ورودی و ترمینال خروجی برابر نیستند، ولتاژ و جریان در هر دو انتها نیز برابر نیستند، در نتیجه عملکرد تغییر مقدار ولتاژ و جریان بین ترمینال ورودی و ترمینال خروجی محقق می شود.

ساختار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک
ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک از مواد پیزوالکتریک استفاده می کند که از ویژگی های تبدیل الکترومکانیکی استفاده می کند و با بخش ارتعاشی جزء و موتور قسمت تولید برق برای انجام طراحی پلاریزاسیون همکاری می کند. ولتاژ ورودی، قطعه پیزوالکتریک را در حالت رزونانس قرار می دهد، و سپس اثر پیزوالکتریک مثبت، کرنش بالا تبدیل به خروجی ولتاژ را تغییر می دهد تا به اثر تبدیل ولتاژ دست یابد.