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文檔簡介
1、隨著無線傳感器和便攜式電子設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛,以化學(xué)電池為主的供能方式存在許多明顯的弊端,如體積大、供能壽命有限、需要定期更換等。為延長電池壽命、減少電子設(shè)備體積,人們開始致力于研究從環(huán)境中吸取能量并轉(zhuǎn)化為電能的方法。壓電發(fā)電因為具有成本低、裝置簡單、嵌入性好等優(yōu)點,成為研究的熱點之一。鈸型俘能器是近年壓電發(fā)電研究的一個重要方向。
目前對槽鈸型俘能器的研究大都是參數(shù)仿真分析,缺乏理論的指導(dǎo)和分析,具有一定的盲目性。本文根據(jù)力學(xué)
2、和壓電理論,在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上建立了鈸型俘能器發(fā)電的數(shù)學(xué)模型,得出鈸型俘能器發(fā)電性能隨各參數(shù)的變化規(guī)律。為提高鈸型俘能器的發(fā)電能力,又進一步研究和優(yōu)化了開槽結(jié)構(gòu)。在靜力分析的基礎(chǔ)上仿真分析了動態(tài)激振時開槽結(jié)構(gòu)的性能。隨后,分析了粘結(jié)層的應(yīng)力,研究了改善粘結(jié)層應(yīng)力的措施并仿真驗證。
在結(jié)構(gòu)分析之后,本文研制了基于555方波控制和 Buck-Boost型直流變換的壓電儲能電路,并進行理論分析,推導(dǎo)了輸出功率模型以及優(yōu)化了開關(guān)控制信
3、號的參數(shù),然后進行電路硬件設(shè)計和仿真分析,驗證電路的可行性。
在理論分析和電路分析的基礎(chǔ)上,本文進一步展開了槽鈸型俘能器儲能實驗。實驗研究了輸出功率隨負載、激振頻率的變化情況;錐面槽和環(huán)形槽結(jié)構(gòu)對發(fā)電性能的提高;實驗電路儲能的可行性和優(yōu)化性。通過實驗可知,輸出功率隨頻率增加而增加,對不同激振頻率存在匹配負載使輸出功率達到最高,實驗曲線與理論曲線基本吻合;錐面槽和環(huán)形槽結(jié)構(gòu)都能極大提高輸出功率;Buck-Boost型壓電儲能電路
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