基于压电效应的风力发电方法研究

发布时间：2017-10-17 19:08

  本文关键词：基于压电效应的风力发电方法研究

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【摘要】：随着能源紧缺与环境污染等问题的日益加剧,寻求一种更为清洁、高效、廉价的供能方式已成为各国政府所关注的重要问题。压电材料在受压的状态下便会在其两端产生电位差,即可以实现机械能与电能的转化。利用压电材料设计的环境能量采集装置具备成本低廉、结构简单、无电磁干扰等优点。近年来,压电发电技术已成为环境能量采集与应用领域的研究热点。论文首先广泛调研了国内外学者对于压电发电技术的研究现状,接着在分析压电发电的理论基础上研究了压力发电片形状对其固有频率以及产生电能大小的影响,并设计出一种可以利用风能来驱动多片压电片振动发电的装置,提出构造压力发电组件的方法来解决单体压电片发电量过小的难题,并根据该装置的发电特点制作出相应的实验装置以及能量收集与转换电路,对压电片以及装置的整体发电性能进行实验,进行的实验项目包括:压电片弯曲方向与弯曲曲率对发电量影响测试、压电片连接方式测试、压力发电组件数目以及组件所含压电片数目对发电性能的影响测试、装置在不同叶轮转速时的发电性能测试以及装置的整体发电效果实验。最后,运用ANSYS软件对压力发电组件进行模态分析。论文所设计的基于压电效应的风力发电装置能通过风能驱动叶轮旋转,利用叶轮的旋转扭力迫使压力发电片产生振动,将压电片振动输出的电能通过整流电路、储能电容以及DC-DC转换后供小功率负载使用。装置中压力发电组件的构造能有效解决单体压电片发电量过小的难题,通过对组件的模态分析可寻求组件的最佳工作环境。另外,针对不同形状压电片输出能力的研究为压力发电片的形状优化提供了理论依据。论文所研究的内容可为此类发电装置的设计优化提供参考,同时也为压电环境能量采集技术提供了新思路。
【关键词】：压电发电 振动 能量采集 固有频率
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 前言10
• 1.2 研究背景及意义10-11
• 1.3 压电发电技术国内外研究现状11-16
• 1.3.1 新型能量采集设备11-13
• 1.3.2 压电能量转换效率13-14
• 1.3.3 能量储存与转换电路14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第二章 压电发电理论基础18-24
• 2.1 压电效应18
• 2.2 压电材料及其性能参数18-20
• 2.3 压电方程20-21
• 2.4 压电振子21-23
• 2.4.1 压电振子支撑方式22
• 2.4.2 压电振子连接方式22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 不同形状压力发电片能量转换分析24-33
• 3.1 压力发电片机电耦合模式24
• 3.2 压力发电装置基本模型24-25
• 3.3 不同形状压力发电片能量转换研究25-31
• 3.3.1 矩形压电片性能分析26-27
• 3.3.2 三角形压电片性能分析27-29
• 3.3.3 梯形压电片性能分析29-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第四章 基于压电效应的风力发电机33-42
• 4.1 基于压电效应的风力发电机结构设计33-35
• 4.2 能量收集与转换电路设计35-36
• 4.3 基于压电效应的风力发电机实验研究36-41
• 4.3.1 实验平台设计与搭建36-38
• 4.3.2 压电片发电性能测试38-40
• 4.3.3 装置的整体发电性能测试40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 压力发电组件有限元建模分析42-49
• 5.1 压力发电组件有限元建模43-44
• 5.1.1 定义单元类型及材料参数43
• 5.1.2 几何建模43
• 5.1.3 网格划分43-44
• 5.1.4 加载边界条件并求解44
• 5.2 模态分析44-48
• 5.3 本章小结48-49
• 总结与展望49-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-56
• 附录A（攻读硕士学位期间所发表的学术论文及获得成果）56

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本文编号：1050530