环境振动能量的液电捕集方法及实验研究

发布时间：2017-04-27 21:04

  本文关键词：环境振动能量的液电捕集方法及实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于振动有时对人体、机器及设备造成的破坏性作用,大多数振动能被认为是有害的能量形式。人们设计了减振装置将振动能转变为声能、热能等耗散到大气中。如此,振动能未得到有效利用,且造成对环境的噪声、热的二次污染。如将耗散的那部分振动能量进行捕集并利用,不仅可起到节约能源的目的,更重要的是可减少对环境的二次污染。而且,振动能具有能量密度高和无污染的优点,对其进行捕集利用将成为一个具有光明前景的研究领域。基于节能和环保的理念,本文提出一种环境振动能量的液电捕集方法,通过原理分析,建立工作机理模型,制作初始样机,搭建实验平台并运用三阶段多信号激励方法实现模型参数辨识,完成了能量捕集测试,探究能量捕集能力并分析振动频率、负载的影响。针对其捕集能力的不足,捕集方法作了整流液电改进,完成改进样机制作,探究改进样机的能量捕集能力及其影响因素并与初始样机的能量捕集效率作对比分析。论文的主要内容如下:(1)利用液压缸控马达驱动发电机实现将振动能捕集转换为电能,通过对结构的原理分析、模型建立、样机制作、模型参数辨识及实验测试可知,能量捕集能力随振动频率的增大而增大,但高频时捕集能力降低;能量捕集所得电压随负载增大而增大,负载与发电机内阻最接近即阻抗匹配时发电功率最高,实验中在给定2Hz、10mm的正弦环境振动条件下,当连接负载2?时得到能量捕集的最大瞬时发电功率为5.12W。(2)针对初始样机中能量捕集电压不高、发电功率较低及发电机正反向旋转引起的发电效率降低和系统不稳定的情况,本文在液电传动结构中引入液压整流阀组,将发电机的正反向旋转转换为单向旋转,消除了正反向旋转的反向间隙,且将初始样机中的直流发电机改装为交流发电机,制作了整流液电传动的改进样机。(3)通过对改进样机开展能量捕集测试可知,当固定负载及振动频率时,改进样机对环境振动能量的捕集能力随振幅的增大而增强;当负载及振幅不变时,环境振动能量捕集能力随频率的增大而增强,而随后呈现下降趋势;改进样机的发电功率与负载相关,实验中测得改进样机的最佳负载为15?。与初始样机相比,改进样机在频率为0.5Hz振幅25mm条件下环境能量捕集最优效率为20.57%,是同等激励条件下初始样机能量捕集效率的1.65倍,表明改进的整流液电能量捕集结构是有效的。改进样机捕集所得电能可使灯泡正常发亮,证明其实际应用价值。
【关键词】：环境振动 能量捕集 振动利用 液电传递 发电
【学位授予单位】：重庆工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB53
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 环境振动能量捕集方法及其研究动态10-15
• 1.2.1 微能量级振动能量捕集10-12
• 1.2.2 工程级振动能量捕集12-15
• 1.3 本文的技术路线15
• 1.4 本文的研究内容15-17
• 第2章 环境振动能量的液电捕集方法17-22
• 2.1 环境振动能量的液电捕集基本原理17-18
• 2.2 能量捕集过程的力学特性分析18-20
• 2.3 机电耦合的能量传递模型20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 环境振动能量捕集实验22-38
• 3.1 样机制作22-25
• 3.1.1 发电机22-23
• 3.1.2 液压马达23
• 3.1.3 液压缸23-24
• 3.1.4 连接部件24
• 3.1.5 样机总装24-25
• 3.2 环境振动能量捕集实验平台搭建25-28
• 3.2.1 环境振动激励源25-26
• 3.2.2 液压源26-27
• 3.2.3 实验测试平台总装27-28
• 3.3 模型参数辨识28-31
• 3.3.1 油阻尼系数及摩擦力参数辨识29-30
• 3.3.2 等效惯性质量参数辨识30
• 3.3.3 电磁阻尼系数参数辨识30-31
• 3.4 环境振动能量捕集测试31-37
• 3.4.1 不同频率条件下能量捕集测试31-35
• 3.4.2 不同负载条件下能量捕集测试35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 环境振动能量捕集的整流液电改进及实验38-60
• 4.1 整流液电能量捕集结构及模型研究38-42
• 4.1.1 整流液电能量捕集结构38-39
• 4.1.2 整流液电能量捕集结构的模型建立39-42
• 4.2 改进样机的制作42-43
• 4.3 改进样机的模型参数辨识43-48
• 4.3.1 液压传动比及反向间隙参数辨识43-45
• 4.3.2 活塞摩擦力及油阻尼系数参数辨识45-46
• 4.3.3 等效惯性质量及电磁阻尼系数参数辨识46-48
• 4.4 改进样机的环境振动能量捕集测试48-55
• 4.4.1 不同频率条件下的能量捕集实验48-52
• 4.4.2 不同振幅条件下的能量捕集实验52-53
• 4.4.3 不同负载条件下的能量捕集实验53-55
• 4.5 初始样机与改进样机的能量捕集对比55-59
• 4.5.1 负荷信号对比55-56
• 4.5.2 捕集电压及发电功率对比56
• 4.5.3 能量捕集效率对比56-57
• 4.5.4 激发灯泡实验对比57-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 总结与展望60-62
• 5.1 全文总结60
• 5.2 创新点60-61
• 5.3 展望61-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间科研成果及参与课题情况69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 崔高航;陶夏新;陈宪麦;;城轨交通引起的环境振动问题综述研究[J];地震工程与工程振动;2008年01期

2 李伟;车录锋;王跃林;;横向电磁式振动能量采集器的设计与制作[J];光学精密工程;2013年03期

  本文关键词：环境振动能量的液电捕集方法及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：331397