Kracht is proportioneel met voltage
advertisement
Het aansturen van piëzo-actuatoren met lineaire versterkers, dat is toch even anders schakelen Eric J. Boere Field Application Engineer bij Apex Microtechnology, namens TOP-electronics Piëzo-electriciteit • Betekent elektriciteit als gevolg van druk L00d Zirkoon Titaan Oxide (PZT) Energie omzetting Sensor Mechanische energie Elektrische energie Actuator Piëzo-elektrische componenten Symbool Piëzo-elektrische componenten Elektrisch equivalent Piëzo-actuatoren ΔL V+ ΔL (“stroke” / slag) tot wel 0.01% Een variëteit aan Piëzo-actuatoren ΔL “Stacks” (stapels) V+ ΔL (“stroke” / slag) tot wel 2% Een variëteit aan Piëzo-actuatoren Δr V+ Koepelvormen Een variëteit aan Piëzo-actuatoren V+ Δθ Buigers Een variëteit aan Piëzo-actuatoren ΔD Buisvormig + ΔL V - Verplaatsing in zowel axiale als radiale richting Voordelen van piëzo-elektrische actuatoren Elektrostatische bekrachtiging • Er wordt geen magnetisch veld gegenereerd • Ongevoelig voor beïnvloeding door magnetische velden • Er is vrijwel geen vermogen nodig om permanente kracht uit te oefenen Voordelen van piëzo-elektrische actuatoren Opwekking van grote krachten door relatief kleine actuator Piëzo-elektrische actuator Solenoid (elektromagnetische) actuator 35mm x 33mm 38mm x 64mm 25000N 80N Voordelen van piëzo-elektrische actuatoren Geen bewegende delen • Lange levensduur • Weinig onderhoud • Toepasbaar in vacuüm • Functioneert goed bij cryogene temperaturen Het creëren en controleren van beweging Elektrisch equivalent Het creëren en controleren van beweging Anti-resonantie Elektrisch equivalent R C Resonantie Cp Impedantie L Frequentie Het creëren en controleren van beweging Elektrisch equivalent Het creëren en controleren van beweging Kracht Verplaatsing Kracht is proportioneel met voltage 0 Voltage Vmax 0 Voltage Vmax Het creëren en controleren van beweging Verplaatsing Verplaatsing Verplaatsing (“stroke” / slag) is proportioneel met lading 0 Voltage V max 0 Lading Qmax Het creëren en controleren van beweging • Kracht is proportioneel met voltage • Verplaatsing (slag) is proportioneel met lading • Aanstuur-elektronica hangt dus af van toepassing. Gaat het om kracht of verplaatsing? Piëzo-uitdagingen • Piëzo-actuator gedraagt zich als elektrische capaciteit 1. 2. 3. Capacitieve belasting dreigt een aansturend circuit te destabiliseren Hoge snelheden veroorzaken grote stromen Reactieve belasting van de versterker leidt tot extra vermogensverlies • Piëzo-actuatoren kunnen als generator functioneren. 1. Destabilisatie tgv capacitieve belasting? Tezamen met de uitgangsweerstand van de versterker veroorzaakt de capacitieve belasting een extra ‘pool’ in de z.g. ‘Bode plot’. Stabilisatie Destabilisatie tgv capacitieve belasting? • • • Tezamen met de uitgangsweerstand van de versterker veroorzaakt de capacitieve belasting een extra ‘pool’ in de z.g. ‘bode plot’. In recente toepassingen is de capacitieve belasting zelfs dynamisch! Bijvoorbeeld: • • • Industriële Inkjet printers Analytische apparatuur T&M apparatuur Dynamische capacitieve belasting maakt de ontstane pool een ‘bewegend doel’; stabilisatie van de versterker is moeilijker geworden. Een alternatief circuit voor capacitieve belastingen Spanningsterugkoppeling ‘Verbeterde Howland Stroompomp’ 2. Stromen kunnen groot zijn • 3. Vermogensverlies Voorbeeld 90V 45V Tr=2us Tf=2us Voorzorgsmaatregelen m.b.t. het circuit Ter herinnering: piëzo-actuatoren kunnen als generators werken! Hoogspanningsvoeding _ + Voorzorgsmaatregelen m.b.t. het circuit Ter herinnering: piëzo-actuatoren kunnen als generators werken! Hoogspanningsvoeding _ + Voorzorgsmaatregelen m.b.t. het circuit • Wat is de uitgangsimpedantie van de voeding? • Hoe hoog is de uitgangsspanning in verhouding tot de maximale voedingsspanning van de operationele versterker? Hoogspanningsvoeding _ + Zijn er vragen? Bedankt voor uw aandacht! Voor meer informatie bent u meer dan welkom bij stand 26
