一种新型压电式风能采集器及其接口充电电路的设计与研究

发布时间：2021-09-03 23:33

　　针对当前风能采集器低风速下输出效率较低的问题,文中提出了一种采用半环形钝体结构的新型压电式风能采集器,其由矩形压电悬臂梁与安装在悬臂梁自由端上的半环形截面钝体组成。与传统的圆形、长方形截面钝体相比,半环形截面钝体由于特殊的凹面结构而具有更强的风流阻碍作用,导致半环形钝体附近流场更紊乱,压力场梯度更大,从而钝体及压电悬臂梁发生的驰振更强烈,输出电压更高。利用有限元法分别仿真分析了半环形、圆形、矩形截面钝体周围流场的风速及压力分布。分析结果表明,半环形截面钝体附近具有更强的紊乱流场及更大的压力梯度。为验证文中提出方案的先进性,实验分别测试了在0～6.5m/s风速下采用半环形、圆形、矩形钝体的压电式风能采集器的输出特性。实验结果表明,文中提出的采用半环形钝体的压电式风能采集器具有更高的输出电压及功率。当风速较低为2m/s时,其最优输出功率分别是采用圆形、矩形钝体的压电式风能采集器的6.4倍和4.8倍;当风速为6.5m/s时,采集器在最优负载140kΩ下,最大输出功率为0.482mW。不仅如此,本文还详细分析四种接口电路的基本原理,利用Multisim仿真软件建立了四种接口电路的仿真模型,对比... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２压电式转动风能采集器??

?第１章绪论???风能转换为电能。风致振动式能量采集器结构简单，制造成本低且能量采集效??率高，是风能采集器发展的主流趋势ｔ４３－４＾。２００７年，Ｙ．Ｋ．Ｔａｎ等设计了一种采用??单压电梁的风能采集器如图１．３所示，但此种风能采集器自身刚度较高，导致临??界风速过高％，实际应用性较差。??：ｆ??；：？ｃ??图１．３单压电梁直激式压电风能采集器??如何有效降低风致振动式压电悬臂梁型风能采集器的临界风速，如何提高??此类风能采集器输出能力和环境适应能力成为了近些年来研究的热点问题。目??前，解决方案主要分为采用刚柔复合梁型结构和悬臂梁自由端添加钝体两种。??刚柔复合梁型结构的风能采集器利用柔性梁刚度孝临界风速极低的优点，在??低风速下由柔性梁带动刚性梁振动，从而解决单一刚性梁在低风速下难以起振??的问题。２０１１年，赵兴强采用带Ｔ形柔性梁的刚柔复合式风力发电机如图１．４??所示，在风速１４ｍ／ｓ，匹配电阻７０松下，最大输出功率为３７７ｗＦ［４６］。??７??

?第１章绪论???图１．４?Ｔ形柔性梁压电风能采集器??悬臂梁自由端为钝体的风能采集器是在悬臂梁自由端添加不同钝体结构，??并利用钝体扰流激发悬臂梁振动。２０１０年Ｋｗｏｎ提出了一种“Ｔ”型压电悬臂梁??风能采集器，如图１．５所示。该风能采集在压电梁末端连接了一个矩形板，当风??流经过该风能采集器时，风载荷施加于于矩形板上引起结构发生振动，对比单??压电梁风能采集，这种添加矩形板的风能采集器起振风速更低，输出效率更高??［４７］。??压电陶瓷片?＾?１??基底??图１．５?Ｔ型结构压电风能采集器??２０１１年，Ｂｒｙａｎｔ等受飞机机翼结构的启发，提出了一带翼型钝体的风能采??集器如图１．６所示。翼型钝体固定于悬臂梁的自由端，在风场中，翼型钝体受到??风载荷的作用引发振动，带动悬臂梁振动，从而降低起振风速，提高输出效率，??此种结构在风速为８ｍ／ｓ时，输出功率可到［４８］。??８??


本文编号：3382090