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压电—电磁复合式俘能器性能研究

发布时间:2019-12-31 13:48    点击次数:165次   

  随着微电子制造技术、无线传感网络的快速发展及各种新型的低功耗元件的出现,将振动能转化为电能并供给低功耗器件的振动型俘能器成为了研究热点。目前,振动型俘能器主要有静电式、压电式与电磁式。静电式俘能器需要外接电源,很大程度上限制了它的应用。压电式与电磁式俘能器的工作原理不同,不能同时输出大电压和大电流,为了克服两种单一俘能技术的缺点,研究人员在压电式、电磁式俘能器的基础上提出了压电-电磁复合式俘能器。本文在对压电-电磁复合式俘能器进行了深入研究后,为了进一步增加俘能器工作带宽,实现对俘能器工作频率的调节,又设计了一种新型的非线性压电-电磁复合式俘能器。全文的主要工作主要包括以下几个方面:针对压电-电磁复合式俘能器建立了一种新型的机电耦合数学模型,推导出了简谐激励下的压电-电磁复合式俘能器振幅、压电单元输出功率、电磁单元输出功率以及复合式俘能器总输出功率的数学表达式。其中,电学参数对于压电-电磁复合式俘能器的影响可以通过机电耦合数学模型进行分析,比传统弹簧-质量-阻尼数学模型更加直观。利用ANSYS与ANSOFT MAXWELL对压电-电磁复合式俘能器的输出特性进行了仿真。重点分析了压电单元与电磁单元尺寸参数的变化对于复合式俘能器输出的影响,以及压电单元与电磁单元之间的耦合作用。根据仿真结果对所设计的复合式俘能器样机结构进行了优化,并对俘能器的设计提出了合理化的建议。制作出了压电-电磁复合式俘能器样机,并通过实验测试的方法与压电式俘能器、电磁式俘能器进行了对比。结果表明:相比于压电式俘能器与电磁式俘能器,复合式俘能器有效的拓宽了俘能器的3dB带宽,增大了输出功率与应用范围。针对线性压电-电磁复合式俘能器工作频带窄,工作频率单一的缺点,设计了非线性压电-电磁复合式俘能器,利用实验测试的方法对其性能与线性压电-电磁复合式俘能器进行了比较。结果表明:非线性压电-电磁复合式俘能器解决了线性压电-电磁复合式俘能器工作频带窄,工作频率单一的缺点,磁力的方向与大小对于非线性俘能器的工作性能影响很大。

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  印华;王勇;宋伟;王谦;;电容式电压互感器常见故障及原因分析[J];电工技术;2007年10期

  盛国钊;倪学锋;王晓琪;;1995~1999年电容式电压互感器的运行及故障情况分析[J];电力设备;2001年02期

  徐文;;一起220kV电容式电压互感器三相电压不平衡的故障分析[J];电气开关;2013年03期

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