1. Классификация пьезоэлектрических трансформаторов.

Пьезоэлектрические трансформаторы можно классифицировать по многим признакам. По типу конструкции трансформаторы делятся на три основные группы: продольно-продольную, поперечно-продольную или, при обратном включении, продольно-поперечную и поперечно-перечную (рис.1.1).

Элементарные конструкции пьезоэлектрических трансформаторов

а)продольно-продольная; б)поперечно-продольная; в)поперечно-поперечная

Рис. 1.1

Коэффициент трансформации для электрических трансформаторов (в отличие от электромагнитных трансформаторов) необратим:

;

где - коэффициент трансформации по напряжению; - коэффици­ент трансформации по току; , - коэффициенты для прямого и обратного включения.

Эти отличия пьезоэлектрических трансформаторов от намоточных привели к условному делению их на пьезоэлектрические трансформа­торы напряжения и тока.

К пьезоэлектрическим трансформаторам тока условно относятся конструкции с коэффициентом трансформации меньше 10.

Пьезоэлектрические трансформаторы делят также на узкополосные и широкополосные. Рабочие частоты узкополосных трансформаторов выбираются в окрестности одной из частот механического резонанса, т.е. в той области частот, где коэффициент трансформации достига­ет максимальной величины. Дня широкополосных конструкций пьезоэлектрических трансформаторов коэффициент трансформации в режиме холостого хода имеет постоянное значение от нуля до первой часто­ты механического резонанса.

Классификацию пьезоэлектрических трансформаторов можно про­должить по другим признакам: по типу колебаний (сдвига, изгиба, продольных радиальных); по форме механического резонатора (плас­тина, брусок, диск сплошной или с отверстием, сплошной или полый цилиндр) и т.д.

2. Обобщенная эквивалентная схема пьезоэлектрического трансформатора

После первого преобразования энергии в пьезоэлектрическом транс-форматоре, т.е. после того как электрический сигнал преобразуется в механическое колебание, вся энергия существует только в механической форме. На выходе происходит обратное преобразова­ние. Исходя из этого, трансформатор можно представить как вход­ную электрическую часть, механическую и выходную электрическую. Обобщенная схема пьезо-электрического трансформатора будет иметь вид, показанный на рис. 1.2.

Введем ограничение, считая, что рабочая частота находится в окрестности резонансной частоты. Пусть возбуждение трансформатора осуществляется от источника ЭДС и сопротивление нагрузки R_н активное. Вынесем идеальные трансформаторы T_р1 и T_p2. Тогда, если пренебречь сопротивлениями диэлектрических потерь R'_э и R''_э по сравнению с емкостными сопротивлениями С'_э и С''_э, получим уп­рощенную эквивалентную схему (рис. 1.3).

Эквивалентная схема пьезоэлектрического трансформатора

Рис. 1.2

Упрощенная эквивалентная схема пьезоэлектрического трансформатора

Рис. 1.3

Параметры этой схемы равны:

(1.2) (1.3)

( 1.4) (1.5)

(1.6)

(1.7)

где - напряжение на выходе источника электрического сигнала; К' и K" - коэффициенты трансформации трансформаторов T_р1 и T_p2; С_м, L_м, R_м - емкость, индуктивность и сопротивление механической части трансформатора.

Таким образом, ток в последовательном контуре зависит от величины реактивного сопротивления емкости С_э.п и сопротивления Р_н.п, а следовательно, от Р_н.