基于高速公路振动能量汲取装置的研究

【摘要】地球上常规能源的含量是有限的,能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力,也是人类赖以生存的基础,世界能源结构先后经历了以柴薪为主、以煤为主和以石油为主的时代,现在正逐渐向以天然气为主转变,同时水能、核能、光能、太阳能等可再生能源也正得到广泛的利用。为迎合可持续发展观的要求,我们不可能无节制的消耗不可再生能源。低碳环保的概念日益加强,其他方式的能源在总能源消耗中的比例会进一步的提高。若能大自然中的振动能转换为电能,则不仅提高了能源的使用效率,还更环保更低碳,目前振动能量汲取技术的研究已成为国际相关科研机构的研究热点,对人类社会的发展具有重要意义。首先,它为人类社会提供了一种新的能源开发方式；其次,大自然的振动能取之不尽：最后,它的应用范围极为广泛。压电材料如压电陶瓷具有压电效应。压电效应是机械能与电能互相转换的现象。压电材料受到电场作用会发生形变,当其受力作用发生形变时会形成电场。利用压电材料的压电效应,将压电材料置于振动环境中,通过压电材料将将振动中的动能转换为电能,并将电能保存在可充电电池中,以作为微小型电器的供电电源。目前压电式振动能量汲取技术的研究也成为热点中的热点。低碳环保概念的日益普及,LED灯的使用频率越来越大,使用范围越来越广LED的优点在于使用寿命长、功率低、易于集成且发光亮度大。公路两侧的路灯是城市电能消耗大户,要降低城市的能源消耗量,创建节能环保型城市,那么降低路灯的能源消耗是必经之途,而降低路灯的能源消耗最直接的方法是有效的利用大自然中的风能、太阳能等,本文提供了一种新的降低路灯能源消耗的方法,即汲取公路的路基振动能并将其转换为电能从而为路灯供电。分析了汲取路基振动能量这种方式的可行性,对各种转换电路进行了分析和改进,提出了配套的振动能量汲取和转换为电能的方法,本文的工作主要体现在以下几个方面：(1)对路基的振动频率范围进行分析,确定路基振动频率的集中点,选取与路基振动频率集中点相匹配的压电陶瓷模块,以达到最大的能量转换效率。(2)对几种主要的转换电路进行了分析比较,设计并提供相适应低能耗且效率高的转换电路。(3)在现有的实验条件下,搭建振动平台并进行一定数量的实验仿真,对汲取振动能量转换电能为路灯供电提供技术基础。
【作者】李鹏；
【导师】郑相周；
【作者基本信息】华中农业大学，农业电气化与自动化，2014，硕士
【关键词】节能减排；能量汲取；压电陶瓷；小型功耗；

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