变压器局部放电监测用压电传感器的压电材料特性及器件尺寸对灵敏度的影响研究

• 作者: 王妍 陈川 朱佳怡 刘泳斌 高景晖
• 来源期刊: 高压电器
• 学科: 工学
• 关键词: 局部放电;超声波;压电传感器;结构设计;灵敏度;有限元分析
• 年，卷（期）: 2025,（2）
• 所属期刊栏目: 研究与分析
• 页码范围: 63-72
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13296/j.1001-1609.hva.2025.02.008

摘要

针对核心传感元件为压电陶瓷圆柱的接触式压电超声传感器，研究了其压电材料特性及器件尺寸对声电转换灵敏度的影响。基于多物理场有限元仿真建立了压电超声传感器模型，计算分析了压电材料特性参数和传感器结构参数变化对传感器在变压器局部放电超声频率范围内声电转换灵敏度和谐振频率的影响，提出了提升声电转换灵敏度的压电传感器结构的设计方法。仿真结果表明，在20～250 k Hz频率范围内，压电材料选取PZT-2、直径取6 mm、厚度取12 mm时灵敏度性能最高。在选择传感器的压电材料时，应先选择压电常数d33大的压电材料，再通过对材料进行改性，改变材料的短路弹性顺度常数sE13和sE33，实现对传感器谐振频率的调节。最后，对该结构优化的仿真结果进行了实验验证，实验结果与仿真结果相吻合。