【陶瓷材料】压电陶瓷变压器及压电陶瓷材料

    压电陶瓷变压器及压电陶瓷材料

压电陶瓷变压器是20世纪50年代开始研制，并于70年代发展起来的新型电子变压器，早期使用钛酸钡材料，转换效率很低，实用价值不大，随着锆钛酸铅等高压电常数，高kp和高qm压电陶瓷材料的出现，压电陶瓷变压器的研制才取得了显著的进展，与传统的绕线变压器相比，压电陶瓷变压器具有体积小，重量轻，耐高温，耐辐射，高可靠，使用时不会击穿，而且不产生电磁干扰等功能。压电陶瓷变压器也具有电压变换，阻抗变换和电流变换等功能，压电陶瓷变压器由于结构简单，易于批量生产。目前rosen型升压变压器已经形成了产品，如静电复印机，高压电源，负离子发生器，警用电击器，液晶显示背景光源，小功率激光管电源等均已采用，现已能生产空载升压比大于9500，输出功率大于100w的压电陶瓷变压器。另外，近10年来压电陶瓷变流器也得到了迅速发展，并在笔记本电脑中成功应用。然而，由于压电陶瓷变压器涉及到电学，声学，机械学等学科，压电变压器的设计，制作和应用等方面均存在问题，还需要进一步研究，压电陶瓷变压器目前只能少量代替，而不能完全代替电磁变压器。 /xe[ts!v

一.压电变压器的种类及工作原理 压电陶瓷变压器种类较多，如常用的升压压电陶瓷变压器：输入压电片的电振动能量通过逆压电效应转换成机械振动能，从而在压电片的谐振频率上获得高的电压输出。压电陶瓷变压器实际上是一种压电陶瓷振子。振子的振动方向分为：沿长度方向或沿直径方向的伸缩振动，弯曲振动和剪切振动三种。压电陶瓷变压器可以其中任意一种振动形式进行工作，所以压电陶瓷变压器的种类很多。如：横-纵向型及纵向型变压器。所谓横-纵向型变压器是指变压器的驱动部分和发电部分的极化方向垂直。纵向型变压器的驱动部分的极化方向和发电部分的计划成本方向平行。一般纵向型变压器的开路升压比仅在几十倍范围，而横-纵向型变压器的升压比可达数百倍。圆片组成的压电变压器为两个半径不同的圆瓷片粘合而成，小圆片沿厚度方向极化，大圆片沿径向极化，这种形式的变压器输出电流大。环状压电陶瓷变压器的特点是：其谐振频率低，而且输出电流小。长条陶瓷片振动有一种将驱动部分设计在陶瓷片中间，发电部分在两端，可以根据需要，调节其发电部分的长度，在两端可得到不同的电压输出。所谓弯曲振动的变压器，它们均由两块压电陶瓷片粘合而成。在变压器的驱动部分，两片的极化相同。发电部分，是两片沿厚度方向极化。这种弯曲振动的变压器工作频率较低。还有厚度剪切型变压器。这种变压器的谐振频率与厚度成反比，与长度无关。因此，谐振频率都较高。因为厚度切变机电耦合系数高，所以升压高，输出功率大。在实际应用中使用最多的是横-纵向型变压器，因为它制造方便，升压比高。 p%fy (p

压电陶瓷变压器是利用压电陶瓷作为振动能量的传递，使输入和输出两端间的电压发生变化的器件。自1957年c.a.罗森发表这种器件以来，继而又有很多报导，但基本上仍保持着在同一块压电陶瓷材料上改变极化方向而构成。输入部分（相当l1）部分和输出部分（相当l2）部分各自给定相当于1/2波长（或1/4波长）的长度，以使在整个长度上产生一个波长（或1/2波长）的振动.在这种情况下的输出电压和输入电压之比，即升压比υ可由下式给出。 tra#,/

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