本文關(guān)鍵詞：基于壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電方法研究

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【摘要】：隨著能源緊缺與環(huán)境污染等問題的日益加劇,尋求一種更為清潔、高效、廉價的供能方式已成為各國政府所關(guān)注的重要問題。壓電材料在受壓的狀態(tài)下便會在其兩端產(chǎn)生電位差,即可以實現(xiàn)機械能與電能的轉(zhuǎn)化。利用壓電材料設(shè)計的環(huán)境能量采集裝置具備成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、無電磁干擾等優(yōu)點。近年來,壓電發(fā)電技術(shù)已成為環(huán)境能量采集與應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點。論文首先廣泛調(diào)研了國內(nèi)外學(xué)者對于壓電發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀,接著在分析壓電發(fā)電的理論基礎(chǔ)上研究了壓力發(fā)電片形狀對其固有頻率以及產(chǎn)生電能大小的影響,并設(shè)計出一種可以利用風(fēng)能來驅(qū)動多片壓電片振動發(fā)電的裝置,提出構(gòu)造壓力發(fā)電組件的方法來解決單體壓電片發(fā)電量過小的難題,并根據(jù)該裝置的發(fā)電特點制作出相應(yīng)的實驗裝置以及能量收集與轉(zhuǎn)換電路,對壓電片以及裝置的整體發(fā)電性能進行實驗,進行的實驗項目包括:壓電片彎曲方向與彎曲曲率對發(fā)電量影響測試、壓電片連接方式測試、壓力發(fā)電組件數(shù)目以及組件所含壓電片數(shù)目對發(fā)電性能的影響測試、裝置在不同葉輪轉(zhuǎn)速時的發(fā)電性能測試以及裝置的整體發(fā)電效果實驗。最后,運用ANSYS軟件對壓力發(fā)電組件進行模態(tài)分析。論文所設(shè)計的基于壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電裝置能通過風(fēng)能驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn),利用葉輪的旋轉(zhuǎn)扭力迫使壓力發(fā)電片產(chǎn)生振動,將壓電片振動輸出的電能通過整流電路、儲能電容以及DC-DC轉(zhuǎn)換后供小功率負(fù)載使用。裝置中壓力發(fā)電組件的構(gòu)造能有效解決單體壓電片發(fā)電量過小的難題,通過對組件的模態(tài)分析可尋求組件的最佳工作環(huán)境。另外,針對不同形狀壓電片輸出能力的研究為壓力發(fā)電片的形狀優(yōu)化提供了理論依據(jù)。論文所研究的內(nèi)容可為此類發(fā)電裝置的設(shè)計優(yōu)化提供參考,同時也為壓電環(huán)境能量采集技術(shù)提供了新思路。
【關(guān)鍵詞】：壓電發(fā)電 振動 能量采集 固有頻率
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 前言10
• 1.2 研究背景及意義10-11
• 1.3 壓電發(fā)電技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.3.1 新型能量采集設(shè)備11-13
• 1.3.2 壓電能量轉(zhuǎn)換效率13-14
• 1.3.3 能量儲存與轉(zhuǎn)換電路14-16
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第二章 壓電發(fā)電理論基礎(chǔ)18-24
• 2.1 壓電效應(yīng)18
• 2.2 壓電材料及其性能參數(shù)18-20
• 2.3 壓電方程20-21
• 2.4 壓電振子21-23
• 2.4.1 壓電振子支撐方式22
• 2.4.2 壓電振子連接方式22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 不同形狀壓力發(fā)電片能量轉(zhuǎn)換分析24-33
• 3.1 壓力發(fā)電片機電耦合模式24
• 3.2 壓力發(fā)電裝置基本模型24-25
• 3.3 不同形狀壓力發(fā)電片能量轉(zhuǎn)換研究25-31
• 3.3.1 矩形壓電片性能分析26-27
• 3.3.2 三角形壓電片性能分析27-29
• 3.3.3 梯形壓電片性能分析29-31
• 3.4 本章小結(jié)31-33
• 第四章 基于壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電機33-42
• 4.1 基于壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)設(shè)計33-35
• 4.2 能量收集與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計35-36
• 4.3 基于壓電效應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電機實驗研究36-41
• 4.3.1 實驗平臺設(shè)計與搭建36-38
• 4.3.2 壓電片發(fā)電性能測試38-40
• 4.3.3 裝置的整體發(fā)電性能測試40-41
• 4.4 本章小結(jié)41-42
• 第五章 壓力發(fā)電組件有限元建模分析42-49
• 5.1 壓力發(fā)電組件有限元建模43-44
• 5.1.1 定義單元類型及材料參數(shù)43
• 5.1.2 幾何建模43
• 5.1.3 網(wǎng)格劃分43-44
• 5.1.4 加載邊界條件并求解44
• 5.2 模態(tài)分析44-48
• 5.3 本章小結(jié)48-49
• 總結(jié)與展望49-51
• 參考文獻51-55
• 致謝55-56
• 附錄A（攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及獲得成果）56

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