基于压电材料的变压器振动能量收集装置研究

变压器振动信号在线监测是检测变压器运行状态的重要手段,振动传感器的供能方式制约了振动检测方法的应用。为了实现振动传感器取能,文中设计了一种基于压电材料的变压器振动能量收集装置,利用收集的振动能量为振动传感器供电。首先,根据变压器振动特性,采用多模态取能方式,建立三悬臂式压电取能结构的输出电压与输出功率模型。其次,通过Comsol Multiphysics仿真分析能量收集装置输出功率和外加激励频率的关系。最后,搭建变压器振动能量收集实验平台,测得压电式能量收集装置的实际输出功率为11.547 μW。利用振动能量收集装置为振动传感器供电,可以保障在线监测设备的供电,减少外接电源对设备安全稳定运行的影响。     

激励环境下悬臂梁式压电振动发电机性能分析

为了提高有限体积内压电振动发电机的发电能力,针对外力和位移激励环境,通过数学模型及ANSYS仿真分析了单、双晶压电发电机结构参数与输出电压及谐振频率之间的关系并进行了实验验证。研究结果表明,在外力激励环境下,应尽量增加压电梁的长度,减小宽度;在位移激励环境下,应尽量降低压电梁的长度。同时,在两种激励环境中,均应优先选用小厚度比的双晶压电梁。     

ZigBee无线传感器网络节点供电系统设计

针对无线传感器网络节点供电系统中存在的问题,设计了一种将太阳能和充电电池有效结合的ZigBee无线传感器节点供电系统。该系统通过对太阳电池输出电压与设定阈值关系的自动检测与分析,利用单片机实现太阳电池供电与充电电池供电的自动切换控制,基于DC/DC变换获得稳定的5、3.3 V电源及0~20 V可调输出电源。测试结果表明:系统供电性能稳定,5、3.3 V电源输出平均偏差小于3%,可调输出电源范围1.202~19.991 V,可满足不同应用环境下ZigBee无线传感器网络节点的供电需求。     

电磁式振动发电机的机电特性分析与实验研究

设计了一种电磁式振动发电机结构,利用质量-弹簧-阻尼模型对振动发电机结构进行了数学建模,分析了电磁式振动发电机进行了机电特性,并仿真计算了正弦振动位移激励下线圈的输出电动势。结果表明,在模型基础上,发电机的输出感应电动势与输入位移激励具有相同的变化规律,说明机械能较好地传递到了电能。对设计并制作的样机进行了实验研究,发电机在振动频率10 Hz,振幅10 mm的正弦位移激励作用下,同一侧单组线圈、双组串联线圈的输出电动势峰峰值和有效值分别为3.437 V、7.684 V和0.710 V、1.988 V,实验表明,实验数值和仿真数值近似而且波形规律相同。     

复合式动能采集器的多自由度宽频带设计优化

提出了一种多自由度宽频带压电 磁电复合式动能采集器,该动能采集器可以在多方向采集动能,有效地工作于较宽的频带,且可以同时以压电和磁电方式收集动能,大大提高了动能采集效率。介绍了复合式动能采集器的结构;分析和优化了采集器的拾振系统,从理论上验证了采集器的多自由度和宽频带的特性;介绍了磁电换能系统。研究结果表明,采集器在不同的工作频率下出现了两个振动峰值,验证了采集器的宽频带动能采集特性。通过实验测试进一步得出,与压电或磁电换能系统各自的输出性能相比,压电 磁电复合式换能系统的总体输出性能有所提高。     

变刚度双稳态电磁式振动发电机的AMESim仿真分析

为了提高拾振机构在微弱激励下的响应振幅,实现双稳态振动,采用变刚度拾振机构,通过AMESim建立一种变刚度双稳态电磁式振动发电机的完整模型,仿真结果表明,对比单一刚度拾振机构,增大了响应振幅,拓宽了频带,提高了发电功率.     

振动发电机的系统建模与频率特性分析

采用两自由度振动模型对振动发电机进行描述,由于非线性磁力的影响,该模型表明电磁式振动发电机是非线性非自治系统。基于该模型,对正弦振动激励下的系统响应进行仿真分析,结果表明,动子与定子的相对位移响应出现了明显的倍频现象,而输出电动势的频率分布更加复杂,不但有对应激励频率的主振动解和亚谐振动解,而且还有对应固有频率的亚谐振动解和超谐振动解,表明系统具有较强的非线性,且随着输入振动能量增大,系统的非线性特征更加明显。在10Hz正弦振动激励下的测试发现,输出电动势的幅频特性在10Hz、20Hz和30Hz处出现峰值,表明输出电动势出现了明显的倍频信号,实验结果与仿真结果的频率特性一致。     

永磁直线振动发电机的输出特性分析及实验研究

设计了一种永磁直线振动发电机,探索了发电机的输出特性。由振动发电机的结构和工作原理,利用仿真软件仿真了发电机在正弦激励下的空载输出电动势。制作样机并进行实验研究,分析了不同线圈组合方式下的输出电动势和输出功率。振动发电机在频率16 Hz、振幅2 mm的正弦位移激励下,测得全部线圈串联的输出电动势有效值为9.153 4 V,可输出最大功率为0.523 7 W;线圈先并联后串联的输出电动势有效值为4.207 6 V,可输出最大功率为0.442 6 W;全部线圈并联的输出电动势有效值为0.823 V,可输出最大功率为0.338 7 W。对比得实验结果与仿真结果规律一致。     

6 500MVA短路发电机静态励磁系统电源需求分析

静态励磁系统因其工作原理将引起电源波形畸变,从而影响电源下级用电设备的正常工作和励磁系统自身输出功率。介绍了6500MVA短路发电机静态励磁系统原理,在Matlab/Simulink环境下建立了静态励磁系统仿真模型,模拟了短路发电机在空载升压和短路试验时不同供电电源下静态励磁系统对电源的影响和静态励磁系统的输出特性,通过仿真分析提出满足短路发电机正常运行的电源参数。利用实验室已有条件在短路发电机空载升压时进行两种不同供电电源下静态励磁系统对电源系统影响的对比,验证了仿真计算结果。     

永磁振动发电机的输出功率分析及实验研究

针对多线圈的振动发电机,分析了其不同模块的不同联接方式对输出功率的影响,以及能够输出的最大功率。通过软件仿真分析了在正弦激励下,线圈串联和混联的输出电动势与最大输出功率,并在频率8 Hz、振幅8 mm的正弦激励下对样机进行了实验。对比实验与仿真结果,其数值近似,波形变化规律相同,根据该研究,可以合理选择振动发电机的联接方式,来提高振动发电机的机电转换效率。     

一种悬臂压电发电机的研究

简述了悬臂式PZT-金属复合结构在力作用下产生电荷的机理,设计并制备了一种压电式发电机,构建了试验平台,进行了器件弯曲振动时电能输出效果的实验研究。实验时,进行单频的稳态正弦激振实验:由激振器产生输出正弦激振力,作用于器件端部使其产生弯曲振动。结果表明,在所给的实验条件下,使用研制的器件实现了对弯曲振动能量的转换,输出电功率88.8μW。     

微型振动式压电发电机的设计与特性分析

为了设计出与应用场合相匹配的微型振动式压电发电机,采用模态分析和谐响应分析方法对压电双晶片发电机的振动特性进行了研究,并分析了压电晶片的长度、宽度、厚度、质量块质量等参数对压电发电机固有频率的影响.在此基础上,基于压电发电机的等效电路模型对发电机的发电特性进行了研究,并分析了压电发电机的上述结构参数对输出电压和功率的影...     

Designing a piezoelectric energy harvesting system for the superconductor Maglev

In order to convert the lateral vibration of the superconductor Maglev bogie system into usable energy, an energy harvesting system was designed and optimized by applying steel balls for piezoelectric material to effectively convert mechanical energy into electrical energy. Experiments were conducted to investigate the effect of the vibration displacement (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 mm), vibration frequency (2, 4, 6, 8, 10 Hz) and vibration direction (x-axis and y-axis) for each different size of steel ball (12.7, 15.8, 17.0, or 20.0 mm). The following experimental results were found, first, as the vibration displacement increased, the average power output also increased. The total weight of the balls affected the results at higher vibration displacements. Second, as the vibration frequency increased, larger balls tended to have a jump point in average power output, with a general trend of increasing average power output. Finally, the x-axis direction effect had more distinct differences for individual ball weight dependences due to the mobility factor of the balls, considering calculated total weight and total area percent. After the optimum condition was found, the wireless sensor was connected and the experimental data suggested the possibility of applying piezoelectric materials to exploit the ambient and random vibrations of a superconductor Maglev bogie system.     

引信用压电式射流发电机的原理与研究

对一种新型引信用压电式射流发电机的工作原理进行了分析研究.指出压电片的基频固有频率与谐振腔的固有频率相同时发生谐振现象,可以提高发电机的电能输出,并推导了压电片及谐振腔的固有频率公式,为该发电机的设计提供了理论依据.压电式射流发电机具有可连续供电、响应速度快、体积小、电磁兼容性好等优点,其作为引信用环境能源具有宽阔的使用前景和利用价值.     

基于压电纤维复合材料的洋流能发电装置发电性能分析

设计了一种基于压电纤维复合材料(MFC)的洋流能发电装置,并分析了其发电性能。以悬臂梁结构为分析对象,对影响发电性能的因素进行了分析,研究了基底材料的类型和厚度、频率、位移激励幅值、单晶和双晶结构对发电性能的影响规律。基于上述分析结论,设计了一种洋流能发电装置。分析了该发电装置的发电性能。分析结果表明,该发电装置在转子转速为500 r/min的工作条件下,最大输出功率为9.31 W,能满足功率要求。     

三峡水轮发电机组轴系振动计算分析

用传递矩阵方法计算了三峡水轮发电机组轴系横向临界转速、动力响应和扭转固有频率,考虑了质量不平衡、电磁不平衡、水力不平衡等影响轴系稳定性的多种因素.计算结果表明,三峡水轮发电机组轴系临界转速和动力响应满足长期稳定运行要求,扭转固有频率避开了激振力频率.     

柔性机械臂振动控制中的压电传感器故障诊断

压电传感器常被应用于结构的振动控制中,为了解决压电传感器故障给控制系统的带来的不稳定问题,根据压电柔性臂振动用压电传感片故障的特点,提出运用小波包变换和RBF神经网络的故障诊断方法。首先运用小波包分解和重构原理将传感器输出信号分解到不同频段中,提取每个频段的能量作为状态监测的特征向量,作为RBF网络的输入,然后利用最佳的RBF神经网络进行压电传感器故障分类。实验结果表明该方法具有良好的非以此线性跟踪能力,置信度达到90%,为后续振动容错控制研究奠定良好的基础。     

Piezoelectric Energy Harvesting under High Pre-Stressed Cyclic Vibrations

Cymbal transducers have been found as a promising structure for piezoelectric energy harvesting under high force (∼ 100 N) at cyclic conditions (∼ 100–200 Hz). The thicker steel cap enhances the endurance of the ceramic to sustain higher ac loads along with stress amplification. This study reports the performance of the cymbal transducer under ac force of 70 N with a pre-stress load of 67 N at 100 Hz frequency. At this frequency and force level, 52 mW power was generated from a cymbal measured across a 400 kΩ resistor. The ceramic diameter was fixed at 29 mm and various thicknesses were experimented to optimize the performance. The results showed that the PZT ceramic of 1 mm thickness provided the highest power output with 0.4 mm endcap. In order to accommodate such high dynamic pressure the transducer and cap materials were modified and it was found that the higher piezoelectric voltage constant ceramic provided the higher output power. Electrical output power as a function of applied ac stress magnitude was also computed using FEM analysis and the results were found to be functionally coherent with experiment. This study clearly demonstrated the feasibility of using piezoelectric transducers for harvesting energy from high magnitude vibration sources such as automobile.     

船舶大功率发电机混沌神经网络建模

在分析和研究了Aihara神经元混沌特性的基础上,建立了基于Aihara混沌神经元的Elman局部递归混沌神经网络（CNN）,神经元引入混沌特性后增强了神经网络对非线性映射的全局逼近能力.在船舶大功率同步发电机建模中,以船用柴油机输出转矩功率和发电机输入励磁电流作为CNN建模与辨识的输入参数;以发电机的输出频率、发电机端电压和输出电流作为CNN建模与辨识的输出参数;采用有导师学习方式,运用基于BP的动态训练方法,最终完成了船舶大功率发电机的动态建模.与其它的ANN建模相比较,用CNN建立的模型的隐层神经元数量少,系统的泛化能力强.