ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТУАТОРОВ (НИЗКИЙ УРОВЕНЬ)

(СТР. 22,23 КАТАЛОГА CEDRAT TECHNOLOGIES)

В данном разделе описан эффект электромеханического резонанса в актуаторах. Он описан для Пьезо Актуаторов, таких как PPA и APA®, но также относится Магнитным Актуаторам с упругими направляющими, такими как MICA.

Если приложенное напряжение или внешняя сила меняется со временем, то смещение ​​следует за возбуждением, пока не проявятся динамические характеристики. Предыдущие отношения остаются в силе в квазистатическом режиме, который ограничен примерно третью резонансной частоты. Если актуатор не нагружен, то резонансная частота:

 

где m  - это эффективная масса Пьезоэлектрического Актуатора (не равна общей массе Пьезоэлектрического Актуатора, см. Определения, касающиеся пьезоактуаторов)

m = K / (2 П fro)^2

Если Актуатор нагружается дополнительной массой М, то резонансная частота становится:

Резонансная частота также зависит от внешних масс, жесткости пружины или демпфирующих эффектов.

Динамическая работа является более сложной из-за ускорения, действующего на пьезоэлектрический актуатор. Смещения (а следовательно и деформации) могут стать очень высокими.

При резонансе, учитывая амплитуду постоянного напряжения, они умножаются на добротность упругой системы Qm (Рисунок 2.15):

∆Uo=Qm (NV/K)

Скорость при вибрации часто используется при динамических операциях и она пропорциональна перемещению:

∆v=2П f  ∆U

Изменение скорости в зависимости от частоты (Рисунок 2.15 ) также демонстрирует резонансное явление. Значения коэффициента Qm зависит от многих параметров Актуатора и нагрузки. Стандартные значения находятся в диапазоне от 20 (высокий уровень ) до 200 (низкий уровень) в свободном состоянии. Они уменьшаются в случае резистивной нагрузки (нагрузка демонстрирует демпфирование или излучение энергии).

Рисунок 2.15: Ток, перемещение и скорость актуатора в зависимости от частоты: эффект резонанса можно увидеть по скорости и току Актуатора

В связи с этим усилением и механическими ограничениями, максимальное напряжение, которое может быть применено в резонансе значительно ниже, чем при статическом состоянии (Рисунок 2.16 - Перемещение APA® при резонансе в режиме free-free). Таким образом, полный ход PPA , APA®, UPA и UPD достигается при свободном состоянии лишь несколькими вольтами (от 1 до 10 В).

Рисунок 2.16: Отношение между смещением и напряжением APA60S при резонансе

Максимальное напряжение на резонансной частоте примерно равно максимальному напряжению при статическом состоянии, разделенному на коэффициент Qm:

Резонанс также влияет на выбросы и колебания, которые можно увидеть на переходной характеристике Актуатора (Рисунок 2.17). Этот нежелательный эффект можно контролировать с помощью соответствующей задающей электроники или дополнительного демпфирования или с управлением с обратной связью (см. 2.11).

Рисунок 2.17: Переходный процесс Актуатора APA60S

Время отклика tr Актуатора ограничено резонансной частотой fr :

tr = 1/(2*fr)

С практической точки зрения, время отклика актуатора может быть ограничено значением времени нагрузки электроники.

Обратите внимание, что использование Пьезо Актуаторов в динамических условиях (при резонансе или при переходных условиях) требует тщательной разработки и большого опыта, из-за рисков механических повреждений.

Пожалуйста обращайтесь в официальное представительство CEDRAT TECHNOLOGIES на территории РФ ООО «Промышленная метрология» для разработок и испытаний или используйте CAD модели CEDRAT TECHNOLOGIES для предварительной оценки.

Загрузить эту информацию в виде файла .pdf можно здесь.