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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃翎維
研究生(外文):Hung,LingWei
論文名稱:直流對直流電能轉換器的設計與應用
論文名稱(外文):The designs and applications of DC to DC voltage converterH
指導教授:陳邦家
指導教授(外文):Chen,Pangchia
口試委員:王俊超盧建余江志煌劉又齊
口試委員(外文):Wang,CihumChaoLu,ChienYuChiang,ChihHuangLiu,YowChyi
口試日期:2012-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:高苑科技大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:行車模式發電模式運動模式雙輸入電能轉換器再生能源系統太陽能製氫
外文關鍵詞:traveling operationcharging operationexercise operationdouble input converterPV hydrogenrenewable energy system
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本論文主旨在設計及應用在一個可適用於電動自行車的電能系統、太陽能製氫供電站系統的直流對直流升壓轉換器。主要探討可調節輸出電壓的電能轉換器及雙輸入電能轉換器。以電能轉換器來調節輸出電壓,採用類比電路作為控制信號,並搭配回授電路來完成閉迴路控制,以達到在負載變動情況下,輸出電壓的穩定。電能轉換器的效率可達到90%以上有效提升電動自行車與太陽能製氫供電站效率。
本論文在研究一個具有電力轉換功能的電動自行車,在一般電動自行車的再生制動及電力回充的結構基礎上,進而發展出此三種模式,具備有行車模式、發電模式、運動模式。本電動自行車的特色是經由可調整DC/DC升壓轉換器的責任周期比,來控制轉換器電壓輸入與電壓輸出的比例,以獲得所需的電能、充電電壓、車輛的減速力及運動阻力。在行車模式下,電池提供電力給馬達作為能量使用,當煞車或是下坡時,馬達變為發電機對電池進行回充。在運動模式下,把馬達/發電機架起,並妥善固定電動自行車,欲運動者坐上,通過調整DC-DC升壓轉換器的充電電壓,以及適當的運動阻力,可以達到健身兼充電之功效。在發電模式下,以人力轉動發電機,調整DC-DC升壓轉換器輸出電壓,如此一來在戶外也有各種所需電壓的電源。我們專利參加2011年9月29日至10月2日的台北國際發明暨技術交易展與2011年11月28日的創新海報競賽,分別獲得銅牌與金牌的佳績。

本論文並且探討採用太陽能光伏發電方式製氫,同時具備有電解器與燃料電池的能源系統。此系統以太陽光照射經由光伏電池轉換得到的電能為輸入端,以因應用電負載需求而送出的瞬間電能為輸出端。在能源系統的本體,包括把輸入的能量以電能方式作短期儲存的蓄電池,以及使得能量能以氫能方式作中期儲存的電解器與燃料電池裝置。所探討的議題包含能源系統各主要元件容量與規格的最適化設定,以及一個基準能源系統的評估與建立等。

The purpose of this thesis in the design and application DC to DC boost converter of an applied electric bicycle, electric power systems, solar hydrogen power station. Mainly discusses adjustable output voltage of the converter and double input converter. To regulate the output voltage of the power converter, analog circuit as a control signal, and with a feedback circuit to complete the closed-loop control, in order to achieve the stability of the load changes, the output voltage. Power conversion efficiency can be achieved effectively enhance the efficiency of the electric bike and solar hydrogen power station in more than 90%.
This thesis is on the investigation a transformative electric bike (E-Bike) which is capable to perform triple operation modes, including traveling, exercise and electricity generation. The structure of the transformative E-Bike is based on extension of a usual E-Bike with operation modes of electric power assistance and regenerative braking. The proposed transformative E-Bike is featured by a DC-DC converter with tunable duty ratio so that the voltage input/output ratio of the converter can be suitably adjusted to obtain a desired electric energy recharging voltage level with corresponding vehicle's deceleration force or exercise resistance.Under traveling operation, battery provides assistance power via motor for vehicle driving force other than human force and also accumulates electric energy when the motor is functioning as generator driven by the vehicle. Under the operations of exercise operation or electricity generation, the rear wheel equipped with motor/generator is lifted from ground and fixed properly. By adjusting the recharging voltage level via the tunable DC-DC converter, a suitable exercise resistance can be attained with electric energy recharged to battery in an exercise operation. While in the operation of electricity generation, the human force is transferred to electric power output with adjusted voltage level. The team members attended the 2011 Taipei International Invention Show & Technomart from Sep. 29 to Oct.2 and were awarded a bronze medal in the invention contest . The devised transformative E-Bike has also later been sent for the 2011 International Innovation and Invention Competition and won a gold medal on this event, Nov. 28.
Also, this thesis is on the study of renewable energy system with proton exchange membrane fuel cell and electrolyzer using the photovoltaic energy for producing hydrogen. The input energy of this system is based on the transformation of photovoltaic cell from solar radiation and the output energy is sent to user based on instantaneous requirement. The energy system mainly consists of the charging battery for storing electric energy in a short-term manner and the electrolyzer/fuel cell devices for energy storage in hydrogen formation for mid-term usage. The investigated issues mainly include the optimal specification for the principal components in the energy system, and the design of an exemplary energy system for demonstration.

中文摘要...............................................................................................................I
英文摘要............................................................................................................III
目錄......................................................................................................................V
圖目錄..............................................................................................................VIII
表目錄..................................................................................................................X
第一章 緒論.........................................................................................................1
第一節 研究動機...................................................................................1
第二節 研究目的...................................................................................8
第三節 論文架構...................................................................................9
第二章 直流/直流電能轉換器.........................................................................11
第一節 電能轉換器系統架構..............................................................11
第二節 升壓型轉換器介紹與分析......................................................11
第三節 電路設計..................................................................................14
第四節 電壓回授電路PSPICE模擬...................................................20
第三章 電動自行車電能轉換器應用..............................................................37
第一節 運作方式..................................................................................37
第二節 電路及硬體設計......................................................................38
第三節 實際測量結果..........................................................................39
第四章 太陽能製氫供電站電能轉換器應用..................................................62
第一節 運作方式..................................................................................62
第二節 電路及硬體設計......................................................................63
第三節 實際測量結果..........................................................................66
第五章 結論與未來研究方向..........................................................................75
第一節 結論..........................................................................................75
第二節 未來研究方向..........................................................................76
參考文獻............................................................................................................7

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