Пьезокерамический трансформатор

 

Сююв. Советеник

Социвлнетичаейи»

Республнк (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 011876 (21} 2425442/18-25 5 М „г

H 01 Ь 41/08

Н 01 Ь 1/10 с присоединением заявки H2—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений,н отнрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 300580. Бкзплетеиь Й9 (53) УДК 537,228. 1 (088.8) Дата опубликования описания 300580 (72) Авторы изобретения

Ю.А. Крамаров и В.К. Яценко

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государ ст ве нный уни вер ситет (71) Заявитепь (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в низковольтных преобразователях постоянного тока ° 5

Известны пьезокерамические трансформаторы в форме пр ямоу гол ьных пластин с активными областями (c поляризованными покрытиями и электро,дами), составляющиМи по 0,5 длины пластины (1) . В режиме максимума

КПД входное "îïðîòèâëåíèå большинства из них имеет значительную емкостную реактивную составляющую а, следовательно, малое отношение активной потребляемой мощности к полной входной (соз ч ) . Для компенсации входной емкости обычно используют индуктивность, подключенную параллельно или последовательно входу.

Ее применение создает дополнительные трудности, связанные с изготовлением качественных индуктивностей, рассчитанных на большие TokB, 71pH отклонении нагрузки от номинальной компен- 25 сирующая индуктивность должна перестраиваться. Наличие намоточного элемента, который фактически может выполнять роль трансформатора при незначительных изменениях (изготовление вторичнбй обмотки) снижает преимущества пьезоэлектрических трансформаторов, как безнамоточных.

Известен йьезоэлектрический трансформаторор, содержащий пр ямоу гол ьную пластину с поперечно поляризованной пьезоактивной областью, имеющей электроды, нанесенные на поверхности пластины, и продольно поляризованной пьззоактивной областью, которая примыкает к поперечно поляризованной, имеет один электрод, расположенный на торце пластины перпендикулярно боковым граням пластины f,2) .

Недостатками этого устройства являются невысокие КПД и отношение активной входной мощности к полной входной мощности в широком диапазо не меняющихся нагрузок.

Цель изобретения состоит в повышении Кцд и увеличении отношения активной входной мощности к полной входной мощности в широком диапазоне меняющихся нагрузок., Цель достигается тем, что пластика выполнена с пассивной областью, расположенной у торца пластины, про- тивоположного торцовому электроду продольно поляризованной области а 738014 прямой Ч О) .

Формула изобретения

60 ризонанной области. также тем, что пластина выполнена полунолиовой вдоль направления продольной поляризации, продольно поляризованная область имеет размер

0,2-0,32 длины пластины в направлении продольной поляризации, а пассивная область имеет размер 0,14-0,23 от той же длины; а также тем, что ,пьезотрансформатор содержит две четвертьволновые вдоль направления продольной поляризации пластины, жестко соединенные между собой по торцовым электродам продольно поляризованной области, общая длина продольно поляризованной области составляет 0,10,26 длины пластины 8 направлении продольной поляризации, а общая длина пассивной области составляет

0,03-0,09 от той же длины, На фиг, 1 изображен предлагаемый пьезотрансформатор с боковым расположением продольно поляризованной области; на фиг. 2 - то же, с центральным; на фиг. 3 — заштрихонанными област ями обоз н ачены пределы изменения частотной характеристики фазового угла между током и напряжением для пьезотрансформатора с пассивными областями {левый уклон штриховки) и традиционного, без пассивных областей .(правый уклон штриховки), при изменении сопротивления нагрузки; на фиг. 4 показана зависимость коэффициентов передачи по напряжению и току от частоты; на фиг, 5 приведены экспериментальные зависимос ти отношения активной входной мощности к полной входной мощности (cos P ) на частоте самокомпенсации входной емкости при разных значени ях сопротивления нагрузки.

Пьезотрансформатор (фи г. 1) имеет поперечно поляризованную область 1 с электродами 2 и продольно поляризованную область 3 с торцовым электродом 4, Пассивная область 5 расположена у края пластины, противоположного торцовому электроду 4 продольно поляризованной области 3.

Генератор синусидального напряжения подключается к зажимам 6 и 7, нагруз ка — к з ажимам 7 H 8. На фиг. 2 показан пьезоэлектрический трансформатор состоящий из двух пластин, связанных между собой по торцовому электроду 4 и продольно поляризованной области 3. Электроды поперечно поляризованных областей 2 соединены друг с другом.

Назначение частей этого пьезотрансформатора такое же как H у трансфор- матора изображенного на фиг. 1.

После подключения к зажимам 6 и

7 электрического напряжения за счет пьезоэффекта в пластине начинает распространяться продольная волна в направлении вектора продольной поляризации. Она создает на электродах 2 поперечно поляризованной области 1 разность потенциалов, которую снимают с зажимов 7 и 8.

Для максимизации эффективных коэффи,циентов связи необходимо отрегулировать размеры пассивных и активных областей. Они определяются статичес-, кими коэффициентами связи К з„и К з з пьезоматериала. Выбор рабочей частоты генератора иллюстрируется графиком на фиг. 3. На нем заштрихован ной областью 9 обозначены пределы изменения фазового угла между током и напряжением на входе пьезотрансформаторов, изображенных на фиг. 1 и 2.

Область 9 имеет одну точку, соответствующую частоте самокомпенсации, обозначенной на графике 1, в которой фазовый угол ранен нулю и не меняется при колебаниях нагрузки, Поэтому выбор этой частоты в качестве рабочей является оптимальным именно для настоящих пьезотрансформаторов потому, что у изнестного продольно-поперечного трансформатора частота самокомпенсации из мен яется при Ко лебаниях нагрузки (область 10 на фи г. 3, определяющая пределы и зменения фазового угла Ч, в отличие от области 7 не стягивается в точку на

Следует отметить, что частота самокомпенсацни находится между максимумами коэффициентов передачи по напряжению и току (кривые 11 и 12 на фиг. 4), Результаты экспериментов показали более высокую эффективность трансформаторон, изготовленных из различных марок пьезокерамики, размеры которых выбирают согласно изобретению, сравнительно с из ве ст ными техническими решениями.

1. Пьезоэлектрический трансформатор, содержащий прямоугольную пластину с поперечно поляризованной пьезоактивной областью, имеющей электроды, нанесенные на поверхности пластины, и продольно поляризовайной пьезоактивной областью, которая примыкает к поперечно поляризованной, имеет один электрод, расположенный на торце пластины перпендикулярно боковым граням пластины, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения КПД и отношения актинной входной мощности к полной входной мощности в широком диапазоне меняющихся нагрузок, пластина выполнена с пассивной областью, расположенной у торца пластины, противоположного торцовому электроду продольно поля2. Трансформатор по п. 1, от л ич а ю шийся тем, что пластина выполнена полуволноной вдоль направ738014 ления продольной поляризации, продольно поляризованная область имеет размер 0,2-0,32 длины пластины в направлении продольной поляризации, а пассивная область имеет размер

"0,14-0,23 от той же длины.

3. Трансформатор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что он содер жит две пластины, выполненные четвертьволновыми вдоль направления продольной поляризации пластины, жестко соединенные между собой по торцовым электродам продольно поляризованной области, общая длина продольно-,поляризованной области, составляет

0,1-0,26 длины пластины в направлении продольной поляризации, а общая длина пассивной области составляет

0,03-0,09 от той же длины.

5 Источники информации, принятые во внимание пои экспертизе

1. Лавриненко В.В, Пьезоэлектри-, ческие трансформаторы, М., Энергия, 1975, с. 19-. 27.

2. Магнитные и диэлектрические приборы. Под ред. Г.В. Гатца пер. с англ. М.-Л., ™Энергия, 1969, с. 197.

738014

О,Ю O,Ф дХ 0,7 1

Соироит3лвние наврузами (Щ

Фив. Х

O,Z

Эакаэ 2671/31 Тираж 844 Подпи сн ое

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изОбретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Паткнт, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель B. Ванер

Редактор Н. Коляда Те @и д Э.Фечо Корректор, И. шарсап4