Підвищення енергоефективності п’єзоелектричних генераторів напруги
| dc.contributor.advisor | Артеменко, Михайло Юхимович | |
| dc.contributor.author | Кинкурогова, Анастасія Василівна | |
| dc.date.accessioned | 2018-06-11T13:09:45Z | |
| dc.date.available | 2018-06-11T13:09:45Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.description.abstracten | This thesis contains the main part on 75 pages, 28 illustrations, 23 tables, 2 appendixes. Actuality of theme. Currently, the development, research and creation of piezoelectric generators around the world is a very relevant and important problem attracting a large number of researchers. The interest in this problem is due to the prospect of the creation of small-scale independent and virtually inexhaustible power supplies of various stand-alone devices of radio electronics. Such sources convert the energy of vibrations present almost everywhere into electrical energy and do not require the availability of external power supplies or the need for constant costs for the periodic replacement of batteries and for their chemical processing. The goal and tasks of the research. The goal is to improve the energy efficiency of piezoelectric voltage generators by researching and optimizing their circuit models. The task of the research is to investigate the schematic models of piezoelectric voltage generators; to develop ways of their optimization in order to obtain maximum output power at maximum voltage; choose the direction of further improvement of piezoelectric voltage generators to increase their energy efficiency. The object of the research. The process of converting the mechanical energy of vibrations into electric energy using a direct piezoelectric effect. The subject of the research. Optimization of the geometric dimensions of the piezoelectric vibration generator to obtain the maximum output electric power at maximum voltage, depending on the frequency and acceleration of forced oscillations, the materials of the piezoelectric converter, their mechanical parameters and load resistance. Scientific novelty of the obtained results. As a result of the application of the theory of quadrupole to the study of the schematic model of a piezoelectric vibration generator of the type of cantilever, new conditions for ensuring its coherent regime, at which the output power reaches a maximum. A new optimization problem for calculating the geometric dimensions of a piezoelectric plate is formulated, which maximizes the output voltage of a piezoelectric vibration generator in a coherent regime and establishes new restrictions for this problem. Research methods. The method of electromechanical analogies was used to construct a complex scheme for replacing a piezoelectric vibration generator and the theory of quadripole for the elimination of the conditions for the provision of its coherent regime. The practical value of the results. The method of sequential quadratic programming in the Matlab environment optimized the geometric dimensions of the piezoelectric plate of the vibration generator. In comparison with the prototype at the same value of the output power output voltage increased by 3.78 times, which ensured increase k.k.D. systems of transformation of energy by 10.1%. The obtained results of the thesis have been implemented in the "TEZIS SPECPROEKT" LLC, which is confirmed by the act of implementation. | uk |
| dc.description.abstractru | В настоящее время во всем мире разработка, исследование и создание пьезоэлектрических генераторов является весьма актуальной и важной проблемой, привлекает большое количество исследователей. Интерес к этой проблеме обусловлен перспективой создания малогабаритных независимых и практически неисчерпаемых источников питания различных автономных устройств радиоэлектроники. Такие источники превращают энергию вибраций, присутствующих практически везде, в электрическую энергию и не требуют наличия внешних источников питания или необходимости постоянных затрат на периодическую замену батарей и на их химическую переработку. Цель исследования - повышение энергоэффективности пьезоэлектрических генераторов напряжения путем исследования и оптимизации их схемных моделей. Задача исследования - исследовать схемные модели пьезоэлектрических генераторов напряжения; разработать способы их оптимизации с целью получения максимальной выходной мощности при максимальном напряжении; выбрать направления дальнейшего совершенствования пьезоэлектрических генераторов напряжения для повышения их нергоэффективности. Объект исследования. Процесс преобразования механической энергии вибраций в электрическую энергию с использованием прямого пьезоэлектрического эффекта. Предмет исследования. Оптимизация геометрических размеров пьезоэлектрического виброгенератора напряжения для получения максимальной выходной электрической мощности при максимальном напряжении в зависимости от частоты и ускорения вынужденных колебаний, материалов пьезоэлектрического преобразователя, их механических параметров и сопротивления нагрузки. Применялся метод электромеханических аналогий для построения комплексной схемы замещения пьезоэлектрического виброгенератора и теория четырехполюсников для вывода условий обеспечения его согласованного режима. Научная новизна полученных результатов. В результате применения теории четырехполюсников к исследованию схемной модели пьезоэлектрического виброгенератора напряжения типа кантилевера получены новые условия обеспечения его согласованного режима, при которых выходная мощность достигает максимума. Сформульована нова оптимізаційна задача розрахунку геометричних розмірів п’єзоелектричної пластини, що максимізують вихідну напругу п’єзоелектричного віброгенератора в узгодженого режиму та встановлені нові обмеження цієї задачі. Практичне значення одержаних результатів. Методом послідовного квадратичного програмування в середовищі Matlab були оптимізовані геометричні розміри п’єзоелектричної пластини віброгенератора напруги. По сравнению с прототипом при том же значении выходной мощности выходное напряжение увеличена в 3.78 раза, что обеспечило повышение КПД системы преобразования энергии на 10.1%. Полученные результаты диссертации внедрены в ООО «ТЕЗИС Спецпроект», что подтверждено актом внедрения. | uk |
| dc.description.abstractuk | Магістерська дисертація містить основну частину на 75 аркушів, 28 ілюстрації, 23 таблиці, 2 додатки. Актуальність теми. В даний час в усьому світі розробка, дослідження і створення п'єзоелектричних генераторів є досить актуальною і важливою проблемою, що привертає велику кількість дослідників. Інтерес до цієї проблеми обумовлений перспективою створення малогабаритних незалежних і практично невичерпних джерел живлення різних автономних пристроїв радіоелектроніки. Такі джерела перетворюють енергію вібрацій, присутніх практично скрізь, в електричну енергію і не вимагають наявності зовнішніх джерел живлення або необхідності постійних витрат на періодичну заміну батарей і на їх хімічну переробку. Мета і задачі дослідження. Мета дослідження – підвищення енергоефективності п’єзоелектричних генераторів напруги шляхом дослідження та оптимізації їх схемних моделей. Задача дослідження – дослідити схемні моделі п’єзоелектричних генераторів напруги; розробити способи їх оптимізації з метою отримання максимальної вихідної потужності при максимальній напрузі; обрати напрями подальшого вдосконалення п’єзоелектричних генераторів напруги для підвищення їх енергоефективності. Об’єкт дослідження. Процес перетворення механічної енергії вібрацій в електричну енергію з використанням прямого п’єзоелектричного ефекту. Предмет дослідження. Оптимізація геометричних розмірів п’єзоелектричного віброгенератора напруги для отримання максимальної вихідної електричної потужності при максимальній напрузі в залежності від частоти та прискорення вимушених коливань, мате ріалів п’єзоелектричного перетворювача , їх механічних параметрів та опору навантаження. Методи дослідження. Застосовувався метод електромеханічних аналогій для побудови комплексної схеми заміщення п’єзоелектричного віброгенератора та теорія чотириполюсників для виведення умов забезпечення його узгодженого режиму. Наукова новизна одержаних результатів. В результаті застосування теорії чотириполюсників до дослідження схемної моделі п’єзоелектричного віброгенератора напруги типу кантилевер отримані нові умови забезпечення його узгодженого режиму, при яких вихідна потужність досягає максимуму. Сформульована нова оптимізаційна задача розрахунку геометричних розмірів п’єзоелектричної пластини, що максимізують вихідну напругу п’єзоелектричного віброгенератора в узгодженого режиму та встановлені нові обмеження цієї задачі. Практичне значення одержаних результатів. Методом послідовного квадратичного програмування в середовищі Matlab були оптимізовані геометричні розміри п’єзоелектричної пластини віброгенератора напруги. У порівнянні з прототипом при тому ж значенні вихідної потужності вихідна напруга збільшена в 3.78 рази, що забезпечило підвищення к.к.д. системи перетворення енергії на 10.1%. Отримані результати дисертації впроваджено в ТзОВ «ТЕЗІС СПЕЦПРОЕКТ» , що підтверджено актом впровадження. | uk |
| dc.format.pagerange | 91 с. | uk |
| dc.identifier.citation | Кинкурогова, А. В. Підвищення енергоефективності п’єзоелектричних генераторів напруги : магістерська дис. : 171 Електроніка / Кинкурогова Анастасія Василівна. – Київ, 2018. – 91 с. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/23370 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.subject | п’єзокераміка | uk |
| dc.subject | п’єзоелектричний віброгенератор | uk |
| dc.subject | п’єзоелектричний ефект | uk |
| dc.subject | біморф | uk |
| dc.subject | кантилевер | uk |
| dc.subject | харвестер | uk |
| dc.subject | piezoceramic | uk |
| dc.subject | piezoelectricity | uk |
| dc.subject | piezoelectric vibrohenerator | uk |
| dc.subject | piezoelectric effect | uk |
| dc.subject | voltage | uk |
| dc.subject | bimorf | uk |
| dc.subject | cantilever | uk |
| dc.subject | harvester | uk |
| dc.title | Підвищення енергоефективності п’єзоелектричних генераторів напруги | uk |
| dc.type | Master Thesis | uk |