Способы увеличения мощности ПДМаксимальная мощность на валу двигателя зависит от его к. п. д. и предельно допустимой мощности похерь. Для многих промышленных пьезокерамических материалов эта мощность определяется не температурой нагрева, а пределом прочности осциллятора. В результате чаще всего максимальная мощность на валу ПД определяется не теплоизлучающей поверхностью, а объемом осциллятора. Одним из ограничений длины осциллятора является рабочая частота двигателя, которая в большинстве случаев не может находиться в области звуковых частот. Кроме того, само по себе увеличение длины осциллятора не увеличивает мощность на валу ПД. Действительно, амплитуда смещения конца осциллятора, выполненного в виде пластины длиной, при продольных колебаниях первой моды вдоль ее длины определяется формулой.Предположим, что смещение рабочего конца осциллятора пренебрежимо мало по сравнению с радиусом ротора и, следовательно, конец осциллятора движется в плоскости, проходящей через линию касания осциллятора с ротором. Это допущение дает возможность пренебречь угловыми перемещениями конца осциллятора и считать, что осциллятор перемещается поступательно. Кроме того, предположим, что сдвиг фаз между продольными и поперечными колебаниями близок к нулю и поэтому приближенно траекторию движения контактной точки можно считать отрезком прямой. С учетом принятых допущений, которые соответствуют оптимальной работе ПД, получаем формулу для скорости рабочего конца осциллятора. Эта формула получена без учета потерь энергии в местах крепления и прижима осциллятора, а также без учета рассеяния энергии в роторе. Указанные потери учитываются введением эффективной добротности осциллятора. Максимальное тангенциальное усилие, которое действует со стороны осциллятора на ротор, определяется соотношением. Если скорость конца осциллятора линейно зависит от нагружающего момента, то половина этой мощности может быть передана в нагрузку. Оценим предельно допустимую мощность, развиваемую валу. Необходимо учесть, что максимальная тангенциальная сила создается бегущей волной, так как на конце осциллятора расположен узел стоячей волны напряжения. Наоборот, скорости концов осциллятора определяются стоячей волной. Очень важна качественная составляющая описанных устройств. Уровень оборудования должен быть хотя бы в половину таким высоким, как оборудование, используемое в онкологической клинике Кибер-Нож. Предположим, что эффективной добротности соответствует полное сопротивление механических потерь. Скорость рабочего конца нагруженного осциллятора и тангенциальная сила, развиваемая двигателем, определяются формулами. Полагая, что эта сила равна своему предельно допустимому значению, находим предельное напряжение возбуждения осциллятора. Соотношение является приближенным, так как получено без учета колебаний изгиба, заметно снижающих; оно применимо только тогда, когда ПД возбуждают от источника тока На практике значительно чаще ПД питают от источника с небольшим внутренним сопротивлением. В последнем случае, если двигатель рассчитан на предельно допустимую мощность, то отключение нагрузки приводит к разрушению пьезоэлемента. Поэтому предельно допустимое напряжение питания следует рассчитывать для режима холостого хода. |
||
