压电振动能量回收接口电路的设计与实验

发布时间：2017-08-03 12:26

  本文关键词：压电振动能量回收接口电路的设计与实验

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【摘要】：对振动能量的回收再利用已然成为近几年来节能环保领域的研究热点,而压电振动能量回收系统因其机电转换能力强、结构简单等优点,应用范围越来越广,成为研究重点。本文针对压电振动能量回收装置中的接口电路进行设计,同时搭建实验平台进行实验。本文的主要研究内容如下:利用压电学及电学相关理论知识,建立压电振子的电学模型,包括机电转换模型、等效电路模型、输出功率模型。对模型进行理论分析,推导压电振子的静态等效电容、开路电压、原始输出功率的表达式,为仿真分析提供了理论基础。应用电路仿真软件Multism对不同种类的能量回收接口电路进行仿真分析,从而得到各个电路的输出特性曲线,即输出电压、输出功率分别随负载变化的曲线,进一步获得最大输出功率和阻抗特性。搭建实验平台,制作电路实体,进行实验,得到连接接口电路后的输出电压、输出功率特性,通过实验验证仿真和理论分析的正确性。将所有的能量回收的情况进行比较分析,得到各个电路最大输出功率之间的关系。在分析单个压电振子电能回收接口电路的基础上,为提高压电振动能量回收的能力,对多压电振子进行发电特性研究。连接经典能量回收电路和并联电感同步开关电路,对多压电振子串联结构、并联结构的输出特性进行理论分析,并应用软件Multism进行仿真,得到不同连接方式下的输出电压和输出功率特性。搭建实验平台,对多压电振子结构的接口电路进行实验,验证仿真分析的准确性。
【关键词】：压电振动能量回收 压电振子 接口电路 Multism仿真 实验台架
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN702;TB535;TM619
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 压电材料国内外研究现状11
• 1.3 能量回收电路的国内外研究现状11-14
• 1.3.1 国外研究现状11-13
• 1.3.2 国内研究现状13-14
• 1.4 本课题研究内容及方法14-16
• 第2章 压电基本理论及压电振子电学模型16-28
• 2.1 压电效应与压电方程16-18
• 2.1.1 压电效应16-17
• 2.1.2 压电方程17-18
• 2.2 压电振子18-19
• 2.3 压电振子电学模型19-27
• 2.3.1 机电转换模型20-21
• 2.3.2 压电振子等效电路21-22
• 2.3.3 输出功率模型22-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 单振子能量回收电路理论和仿真分析28-57
• 3.1 Multisim软件介绍28
• 3.2 经典能量回收电路28-32
• 3.2.1 理论分析28-31
• 3.2.2 仿真分析31-32
• 3.3 倍压整流电路32-37
• 3.3.1 二倍压整流电路32-35
• 3.3.2 三倍压整流电路35-37
• 3.4 同步电荷提取电路37-45
• 3.4.1 理论分析38-41
• 3.4.2 同步电荷提取电路仿真41-43
• 3.4.3 改进同步电荷提取电路仿真43-45
• 3.5 并联电感同步开关电路45-52
• 3.5.1 理论分析45-50
• 3.5.2 仿真分析50-52
• 3.6 储能电路52-55
• 3.6.1 稳压电路52-53
• 3.6.2 存储电路53-55
• 3.7 多种电路仿真结果比较55-56
• 3.8 本章小结56-57
• 第4章 能量回收电路实验研究57-67
• 4.1 实验台架设计及安装57-60
• 4.1.1 三相电机支撑架57-58
• 4.1.2 凸轮结构58-59
• 4.1.3 压电振子的安装固定59-60
• 4.2 实验内容60-66
• 4.2.1 经典能量回收电路61-62
• 4.2.2 倍压整流电路62-63
• 4.2.3 同步电荷提取电路63-65
• 4.2.4 并联电感同步开关电路65-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第5章 多压电振子的发电性能研究67-76
• 5.1 多压电振子的理论与仿真分析67-72
• 5.1.1 多压电振子的理论分析67-69
• 5.1.2 多压电振子的仿真分析69-72
• 5.2 实验内容72-74
• 5.2.1 经典能量回收电路72-73
• 5.2.2 并联电感同步开关电路73-74
• 5.3 本章小结74-76
• 结论76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果80-81
• 致谢81

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本文编号：614410