В этом примере показано, как смоделировать устройство, которое собирает энергию от вибрирующего объекта с помощью пьезоусилителя. Устройство использует эту энергию для зарядки батареи и питания нагрузки.
Эти устройства широко распространены в применениях с низким энергопотреблением, требующих энергетической автономности, таких как носимые устройства или датчики в транспортных средствах.
В этом примере источниками вибрации, от которых извлекается энергия, являются: * Синусоидальный - Источник вибрации - это двигатель транспортного средства, вращающийся с постоянной скоростью. * Сигнал чирпа с возрастающей или уменьшающейся частотой - Источник вибрации - это двигатель, который прогрессирует вверх или вниз по скорости.
Этот энергоуборочный аппарат состоит из пьезоусилителя, выпрямителя и преобразователя постоянного тока.
Левый конец пьезо-бендера прижимается к вибрирующему объекту, заставляя движение. Правый конец пьезо-бендера соединен с дополнительной массой. Из-за упругости, массы и инерции пьезо-бендера движение правого конца не синхронно левому. После этого деформации создают заряд и напряжение на электрических клеммах пьезо-бендера, которые собирают в энергию.
Полнополупериодный выпрямитель преобразует мощность переменного тока, вырабатываемую пьезоэлектрическим преобразователем, в мощность постоянного тока. Он содержит четыре диода и конденсатор, который действует как фильтр для сглаживания постоянного напряжения.
Обратный преобразователь регулирует напряжение для передачи максимально возможной мощности на нагрузку и гарантирует, что передача мощности является однонаправленной. В этом примере генератор импульсов управляет преобразователем в разомкнутом контуре с фиксированной частотой переключения и рабочим циклом. Если источник вибрации не имеет постоянной частоты или содержит гармоники, можно сконструировать более сложный контроллер с замкнутым контуром для оптимизации передачи мощности и повышения эффективности работы энергоуборочной машины в различных условиях.
Первоначально энергоуборочный комбайн заряжает батарею. Тогда и сборщик энергии, и батарея питаются постоянной нагрузкой.
На графике ниже показаны результаты колебаний источника вибрации с постоянной частотой
Output power at final time = -2.2656e-13 mW
С механической точки зрения пьезоэлектрические изгибатели представляют собой гибкие пучки с собственной основной частотой колебаний. Когда пьезооснователь колеблется на этой резонансной частоте, он генерирует максимальную мощность.
Частота источника близка к резонансной частоте, поэтому он вырабатывает практически максимально возможную мощность для этого энергоуборочного комбайна.
На графике ниже показаны результаты работы источника вибрации с линейно возрастающей частотой
Output power at final time = 0.71436 mW
Выходная мощность увеличивается по мере приближения источника к резонансной частоте. Затем она уменьшается, когда источник превышает резонансную частоту.