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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李旻紘
研究生(外文):Li, MinHung
論文名稱:智慧型壓電裝置之發電系統研製
論文名稱(外文):Study and development of power generation system using smart piezoelectric device
指導教授:張文宇
指導教授(外文):Chang, Wen-Yeau
口試委員:陳正銘林慶輝
口試委員(外文):Chen, Jeng-MingLin, Ching-Huei
口試日期:2012-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:聖約翰科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
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:44
中文關鍵詞:智慧型壓電材料電能轉換系統最大功率點追蹤壓電效應振動平台
外文關鍵詞:Smart piezoelectric materialsPower conversion systemMaximum power point trackingPiezoelectric effectVibrating platform
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本論文針對智慧型壓電材料研製一套專用的電能轉換系統,應用最大功率追蹤技術此電能轉換系統可以由振動源擷取出最大輸出電功率。此外,本論文針對智慧型壓電材料進行一系列發電特性分析,先針對此類智慧型材料選擇適當的振動機構,提供具有穩定輸出之震盪動能,再以此振動平台驅動智慧型壓電材料,對智慧型壓電材料在輸出端開路的狀態下進行無載特性試驗,尋找最佳機械振盪頻率。並嘗試將機械振動能直接轉換成電能,研製智慧型壓電材料電能轉換系統。
為驗證本論文所提出電力轉換器之性能,本論文已研製一部原型電能轉換系統,並在各種狀態下進行測試。實測結果證明,本論文所研製的電能轉換系統具有由振動源擷取出最大輸出電功率之性能

This thesis proposes a power conversion system for use by the smart piezoelectric materials power generation system. The maximum power point tracking (MPPT) technique has been used to maximize the energy harvested from vibration energy source using the power conversion system. The thesis focuses on energy conversion between the mechanical vibrations and electrical power by using Quick Pack smart materials with piezoelectric effect. The experimental platform consisted of a shocker and a lever offers a periodical oscillation for evaluating conversion efficiency from mechanical energy to electrical energy.
Through the experimental system, the feature testing under open circuit at output terminal with free loading is processed to obtain the spectrum analysis of output voltage during the varied mechanical vibration controlled by the shocker’s input frequencies. According to the spectrum analysis, the optimal mechanical oscillating frequencies are verified by maximum open circuit voltage findings.
To demonstrate the effectiveness of the proposed power conversion system, a prototype power conversion system has been tested under several conditions. Experimental results have verified that using the MPPT technique more electrical energy can be harvested from the smart piezoelectric materials.

目 錄
中文摘要 i
ABSTRACT ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 ….1
1.2 研究目的 2
第二章 應用壓電材料之電能轉換系統 ....5
2-1壓電材料簡介 6
2-2智慧型壓電材料之振動平台簡介 7
2-3應用壓電材料之電能轉換系統簡介 8
2-4再生能源電能轉換系統之最大功率追蹤法 9
2-4-1擾動觀察法 10
2-4-2增量電導法 10
2-4-3三點權位法 10
2-4-4各種最大功率追蹤法之比較 12
第三章 智慧型壓電材料之電能轉換系統架構 …….13
3.1 電能轉換系統硬體架構 13
3.2 電能轉換系統之電路分析 13
3.2-1昇降壓轉換器電路 14
3.2-2功率電晶體驅動電路 14
3.2-3電壓回授電路 15
3.2-4電流回授電路 16
3.3 PIC18微處理器 17
3-4電能轉換系統軟體規劃 19
3-4-1 擾動觀察法程式流程 19
3-4-2 增量電導法程式流程 21
3-4-3 三點權位法程式流程 22
第四章 實驗結果與分析 24
4.1智慧型壓電材料之無載特性實驗 24
4-2智慧型壓電材料電能轉換系統之負載特性實驗 27
第五章 結論與未來研究方向 41
5.1 結論 41
5.2 未來研究方向 42
參考文獻 43





圖目錄
圖1-1:全球暖化的後果[1]……..................................................................................3
圖2-1:Quick Pack智慧型壓電材料之外觀圖……….………...........………...........6
圖2-2:智慧型壓電材料之實驗振動平台示意圖[2]….…........................................7
圖2-3:實驗振動平台全系統實體圖……...................................................................7
圖2-4:應用壓電材料之電能轉換系統架構圖…….…………………...……..… ....9
圖2-5:三點權位法的三點功率變化型態[6]………….……………………………11
圖3-1:電能轉換系統之硬體電路………………….…………………..………..…13
圖3-2:昇降壓轉換器電路……………………………………………………….…14
圖3-3:功率電晶體驅動電路…………………...…..................................................15
圖3-4:電壓回授電路…….........................................................................................16
圖3-5:電流回授電路…………………………………………………………...…..17
圖3-6:PIC18微處理器實驗板APP025與ICD3燒錄器實體圖…....……..……18
圖3-7:PIC18微處理器實驗板APP025的佈線圖[9]…….....................................18
圖3-8:擾動觀察法流程圖…….................................................................................21
圖3-9:增量電導法流程圖………………………………………………………….22
圖3-10:三點權位法流程圖…………….………………………………………….24
圖4-1:無載特性試驗電路……………………………………………………….…26
圖4-2:QP20N在20~120Hz的無載輸出峰值電壓頻譜分析……........................ 26
圖4-3:QP10Ni在20~120Hz的無載輸出峰值電壓頻譜分析……....................... 27
圖4-4:QP10N在20~120Hz的無載輸出峰值電壓頻譜分析……........................ 27
圖4-5:負載特性試驗系統方塊圖[9]……............................................................... 28
圖4-6:QP20N在導通週期0.05時之量測波形……............................................. 29
圖4-7:QP20N在導通週期0.1時之量測波形……............................................... 30
圖4-8:QP20N在導通週期0.15時之量測波形……............................................. 30
圖4-9:QP20N在導通週期0.2時之量測波形……............................................... 31
圖4-10:QP20N在導通週期0.25時之量測波形……............................................. 31
圖4-11:QP20N在導通週期0.3時之量測波形……............................................... 32
圖4-12:QP20N在導通週期0.35時之量測波形……............................................. 32
圖4-13:QP20N在導通週期0.4時之量測波形……............................................... 33
圖4-14:QP20N在導通週期0.45時之量測波形……............................................. 33
圖4-15:QP20N在導通週期0.5時之量測波形……............................................... 34
圖4-16:QP20N在導通週期0.55時之量測波形……............................................. 34
圖4-17:QP20N在導通週期0.6時之量測波形……............................................... 35
圖4-18:QP20N在導通週期0.65時之量測波形……............................................. 35
圖4-19:QP20N在導通週期0.7時之量測波形……............................................... 36
圖4-20:QP20N在導通週期0.75時之量測波形……............................................. 36
圖4-21:QP20N在導通週期0.8時之量測波形……............................................... 37
圖4-22:QP20N在導通週期0.85時之量測波形…….............................................. 37
圖4-23:QP20N在導通週期0.9時之量測波形……............................................... 38
圖4-24:QP20N在導通週期0.95時之量測波形……............................................. 38
圖4-25:QP20N於5%~95%責任週期間之負載特性曲線……............................... 39
圖4-26:擾動觀察法最大功率追蹤試驗之量測波形……....................................... 40
圖4-27:增量電導法最大功率追蹤試驗之量測波形……....................................... 40
圖4-28:三點權位法最大功率追蹤試驗之量測波形……....................................... 41



表目錄
表 2-1:壓電材料種類[3]……………………………………….…………………...5
表 2-2:最大功率追蹤法優缺點比較[6]………………………………………..…12


參考文獻
[1].奇摩痞客邦全球暖化的現況,網址:http://amir.pixnet.net/blog/category/242215。
[2].廖偉翔,「壓電換能器於低頻發電應用之設計與分析」,國立成功大學電機工程研究所,碩士學位論文,2007年。
[3].潘華文,「壓電振動能源汲取器之分析與製作」,大同大學機械工程研究所,碩士學位論文,2009年。
[4].溫富亮、張文宇、溫兆俊、廖英傑、鄭金林,「智慧型壓電材料之特性分析」,2009先進電能技術研討會暨成果發表會,新北市,2009年,第120-124頁。
[5].于俊傑,「風力發電最大功率追蹤技術之研究」,中原大學電機工程研究所,碩士學位論文,2004 年。
[6].溫宗修,「風力發電機混合式最大功率追蹤法」,大同大學電機工程研究所,碩士學位論文,2009年。
[7].陳家宏,「太陽能電池最大功率點追蹤設計與製作」,淡江大學電機工程研究所,碩士學位論文,2001年。
[8].江炫樟譯,「電力電子學」,全華圖書股份有限公司,2003年。
[9].陳柏任,「具有電量估測功能之鉛酸電池充電器研製」,聖約翰科技大學電機工程研究所,碩士學位論文,2009年。
[10].曾百由編著,「微處理器原理與應用C語言與PIC18微控制器」,五南圖書出版股份有限公司, 2006年,第6-11頁。

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