压电发电装置的能量转换及存储特性的研究（外文翻译） ㊣ 精品文档 值得下载

，，，，，，，，，附录压电发电装置的能量转换及存储特性的研究通过对悬臂梁压电发电装置能量转换特性不像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸烧制，所以本身几乎没有电感，但同时也限制了它的容量，目前，市场上所能买到的钽电解电容，最大容量也只是微法，其价格也比普通的铝电解电容贵很多，而且钽电解电容的耐电压及电流能力相对较弱，并不是压电发电能量存储的最理想元件。

相比起来，铝电解电容的价格便宜，且其容量较大。

为了更好的了解电解电容的存储特性，选用不同容量的铝电解电容，进行充电放电试验。

当压电振子的输出电压定时，各电解电容的充电电压最后都趋于个稳定值，即达到饱和电压当压电振子开路电压相同时，不同容量的铝电解电容所能达到的饱和电压也相同，均为伏但对不同容量的铝电解电容，其充电速率不同，且电容的充电速率随着电容容量的增大而减小。

当初始电压相同时，不同容量的铝电解电容其放电时间不同，其放电时间随着电解电容的容量的增大而增大。

对微法的铝电解电容，其电压从伏下降到伏的时间也在个小时以上，这已经可以满足些电子设备的需求。

以自行设计的遥控器为例，当对微法的铝电解电容充电时，充到饱和电压后，可使遥控器连续工作次。

以上对不同容量的铝电解电容的充电试验，是在压电振子开路电压相同的条件下进行的，为了获得压电振子开路电压对铝电解电容的充电速率的影响关系，试验测试在相同容量的电解电容下，压电振子开路电压对充电速率的影响关系。

调节功率放大器，使激振器的频率不变，改变激振器的振幅，使压电振子分别输出正弦波电压的峰值分别为伏伏和伏三个数值，电容选择微法的铝电解电容。

铝电解电容的饱和电压随压电振子开路电压的增大而增大。

虽然开路电压不等，但电容电压达到饱和电压的时间几乎相等。

因此，在实际应用中，可以通过提高压电振子的发电量来提高电能的存储量。

通过对电解电容的充电和放电试验，可以看出，普通的电解电容也可以作为储能元件为电器设备供电。

但其放电时间有限，以微法的电解电容目前，使用较多的可充电电池主要包括镍镉电池镍氢电池和锂离子电池。

由于镍镉电池具有严重的记忆效应和循环使用次数少等缺点，同时，镉是有毒物质，若处理不当易污染环境，众多的缺点使得镍镉电池已基本被淘汰出电器设备电池的应用范围。

镍氢电池不含有毒物质，其使用次数相对于镍镉电池的次来说，可达到次，且其没有明显的记忆效应，它是目前使用最为广泛的种可充电电池。

镍氢电池的标称电压为，其放电终止电压为左右。

对镍氢电池充电时，保证激振器的频率不变，调节功率放大器，使压电振子输出正弦波电压的峰值为伏。

试验所用的镍氢电池的规格为，它为三节电池组成的。

压电振子可以为充电电池充电。

若想缩短充电时间，可以通过提高压电振子的发电量来实现。

虽然可充电电池可以作为压电发电能的存储元件，但还不能广泛应用于现行的电器元件中。

由于可充电电池需要有过充电保护电路，镍氢电池的最佳充电方式还是恒流加涓流充电，而压电发电的特点却是高电压低电流。

实际应用前，还需设计相应的控制电路和保护电路，而这些外围电路将会消耗部分能量。

对输出功率相对较低的压电发电技术来说，这就大大降低了能量的实际利用率。

同时，虽然镍氢电池充电时只需限制电流，而对锂离子电池则需同时限制电压和电流。

综合三种存储方式，可以看出，可充电电池具有使用寿命短易受环境影响等缺点，同时，其对充电电路的电压和电流也有定要求，充电时需有控制电路和过充保护电路，目前，还不能被广泛使用。

普通电解电容具有充电速率快和充电电路简单的优点，可以在压电振子发电量极小的情况下快速充电，可以用于手动发电装置中，但由于存储容量小，自由状态下易漏电等缺点，只能为微电子设备提供短暂性间歇性的能量，可满足脉冲供电设备的需求，如无电池遥控开关。

超级电容具有容量大寿命长过电压不击穿和自由状态下不漏电等优点，可以代替电池作为种连续的稳定的电源。

但其对压电振子的发电量有较大的要求，适合于振源充分，振动量大的场合，如作为汽车轮胎报警器的电源等。

的理论分析，得出了压电梁输出电压和电能的理论模型，但这仅仅是单独考虑压电梁自身因素对发电量的影响规律。

而实际应用中，往往考虑的是压电发电装置的输出功率，且其数值的大小与负载电阻有关。

因此，本章则对压电发电装置外接负载后的输出功率进行了系统的研究，并采用不同阻值的负载电阻进行试验验证。

由第二章的理论分析可以发现，压电梁虽然能产生较大电压，但其每次变形所输出的电能很有限，仍不能满足现代大多电子设备的需求。

本章在对压电发电装置的输出功率进行理论和试验研究的同时，还通过各种存储介质对压电发电装置的发电量进行了存储特性研究。

由第二章压电振子的基础理论知识可知，压电陶瓷的电特性等效电路可表示为电荷等效电路。

其中，压电陶瓷的绝缘电阻相对于外部负载来说，阻值较大，可以忽略。

以上两种情况下的理论计算公式可以看出，实际应用中，无论压电振子采用何种连接方式，都会存在个最佳的负载电阻，使其输出功率达到最大值。

同时，为验证理论公式的正确性，现通过试验的方法分别验证压电振子在以上两种情况下的输出电压和输出功率与负载电阻大小之间的关系，且绘制相应的试验曲线，并与理论公式计算结果进行比较分析。

试验设备主要包括功率放大器，高能激振器系列数字存储示波器。

试验过程中通过调节功率放大器的频率及电压，产生个给定振幅和频率的正弦激励信号，使激振器按此正弦激励振动。

由于压电振子固定在激振器上，能产生个相同频率的正弦波交流电，所以通过负载电阻两端的电压也为正弦交流电，并可用示波器测得。

根据公式，可求得负载电阻所消耗的功率，即压电振子的输出功率。

本节试验所使用的压电振子的尺寸和材料性能参数如下压电陶瓷的材料为，压电陶瓷的尺寸参数为。

金属基板的材料为铍青铜，尺寸参数为。

利用万用表可测得本试验所使用的压电振子的等效电容大小为微法。

压由试验原理可知，当调节功率放大器，使激振器以频率激励压电振子时，则压电振子产生个角频率的正弦波电压，其空载时的电压输出波形。

由该图可以看出，压电振子空载时，其电压输出波形为正弦波，通过示波器可读出其峰值电压为。

电振子所输出的有效电压和有效功率与负载电阻之间的理论关系曲线同时，利用试验测试系统，选取不同阻值的电阻进行试验