直激式压电风力发电机的设计与试验研究

发布时间：2017-09-08 16:39

  本文关键词：直激式压电风力发电机的设计与试验研究

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【摘要】：相比于电磁、静电等发电原理或方法,压电发电具有能量密度高、响应快、无电磁干扰等优点,且易于实现结构上的微小化与集成化,故在振动及流体等能量回收方面具有广泛的应用前景。为满足弱风环境下微功率传感监测系统的自供电需求,本文提出直激式压电风力发电机,并从理论和试验两方面对其输出特性进行了研究。具体研究工作如下：1.建立了单体压电振子、单体压电振子自由端添加附加质量及柔性梁结构的模型并进行了仿真与对比分析,获得了给定风速下单体压电振子结构尺度对变形量及应力的影响规律,以及压电振子端部添加附加质量或柔性梁对固有频率的影响规律。结果表明,单体压电振子一阶固有频率较高,很难在较低风激励下达到共振状态；适当增加压电振子长度以及在单体压电振子自由端添加附加质量或柔性梁的方法可有效降低一阶固有频率,从而匹配不同风速、改善发电性能。2.利用涡激振动和振动分析理论,建立了压电风力发电机的振动响应模型,并进行了仿真与分析,获得了迎风角、附加质量及风速对其发电特性以及涡激频率的影响规律。结果表明,其它条件确定时,存在最佳迎风角、最佳附加质量及最佳风速使发电机的输出电压最大,并且上述各最佳参数相互影响。3.为验证发电机回收风能的可行性以及理论分析的正确性,设计制作了压电风力发电机样机,搭建了试验测试系统、并进行了试验测试；获得了迎风角、附加质量、柔性梁尺度及风速等对发电机输出性能的影响规律。结果表明,在压电振子端部添加附加质量和柔性梁可有效地改善发电机的输出性能,确实存在最佳附加质量、迎风角及风速使发电机的输出电压最大。
【关键词】：压电 风力发电机 柔性梁
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 压电风力发电机的研究现状9-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-18
• 第2章 压电振子的有限元仿真与性能分析18-28
• 2.1 模型建立18-20
• 2.2 有限元仿真与分析20-25
• 2.3 本章小结25-28
• 第3章 直激式压电风力发电机的建模与仿真分析28-42
• 3.1 压电风力发电机的结构和工作原理28-30
• 3.2 压电风力发电机振动响应模型的建立30-35
• 3.3 压电风力发电机输出特性的仿真与分析35-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 直激式压电风力发电机的设计与试验42-54
• 4.1 压电风力发电机设计制作和测试系统搭建42-44
• 4.2 压电风力发电机的试验与分析44-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 结论与展望54-56
• 5.1 结论54-55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 攻读学位期间取得的研究成果61-63

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