Моделирование и анализ работы системы накопления пьезоэлектрической энергии при помощи программной среды Matlab/Simulink

Авторы

  • Ф. М. Аль-Руфаи Севастопольский государственный университет
  • Б. А. Якимович Севастопольский государственный университет
  • В. В. Кувшинов Севастопольский государственный университет
  • А. К. Аль-Саиди Национальный исследовательский университет (МЭИ)
  • Д. Ф. Бордан Севастопольский государственный университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-3-24-33

Ключевые слова:

matlab/Simulink, вибрация, пьезоэлемент, сбор энергии, моделирование

Аннотация

В последнее время исследователи усилили интерес к получению электрической энергии от преобразования энергии вибрации, и причина этого связана с необходимостью подключения специального электронного оборудования к источнику питания, такого как система дистанционного зондирования, что может снизить затраты на техническое обслуживание и замену батарей, необходимых этим системам в определенные периоды времени. Высокая плотность энергии и хорошая вибрационная характеристика пьезоэлектрических материалов расширили область их применения в приложениях, требующих низкой мощности. Сбор энергии от пьезоэлементов - это технология, которая преобразует свободно доступную энергию окружающей среды в электрическую. Сбор энергии вибрации является предпочтительным, поскольку в окружающей среде свободно доступны колебания разной амплитуды и частоты. Накопители энергии колебаний пьезоэлектрического типа широко используются из-за их простоты в эксплуатации и совместимости с технологией изготовления малых электромеханических систем. В этом исследовании программное обеспечение Matlab / Simulink использовалось для моделирования и анализа работы пьезоэлектрической системы. С помощью программы обеспечения можно разработать модель пьезоэлектрической системы. Результаты моделирования показали возможность использования этих систем для выработки необходимой энергии в маломощных установках. Особенно важно, что эти пьезоэлектрические технологии возможно использовать для обеспечения электрической энергией автономных индивидуальных потребителей в удаленных районах Российской Федерации. Это возможно потому, что эти технологии подходят для использования при зарядке аккумуляторных батарей, что особенно важно для индивидуальных хозяйств и частных жилых домов в различных районах нашей страны.

Биографии авторов

Ф. М. Аль-Руфаи, Севастопольский государственный университет

аспирант

Б. А. Якимович, Севастопольский государственный университет

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Возобновляемые источники энергии и электрические системы и сети»

В. В. Кувшинов, Севастопольский государственный университет

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Возобновляемые источники энергии и электрические системы и сети»

А. К. Аль-Саиди, Национальный исследовательский университет (МЭИ)

аспирант

Д. Ф. Бордан, Севастопольский государственный университет

аспирант

Библиографические ссылки

Shad Roundy, Paul Kenneth Wright, Jan M. Rabaey [Energy scavenging for wireless sensor networks]. Springer, Boston, 2004, 212 p.

Paradiso J. A. and Starner T., "Energy scavenging for mobile and wireless electronics," in IEEE Pervasive Computing, vol. 4, no. 1, pp. 18-27, Jan.-March 2005. DOI: 10.1109/MPRV.2005.9.

Starner T. [Human-powered wearable computing] in IBM Systems Journal, vol. 35, no. 3.4, pp. 618-629, 1996. DOI: 10.1147/sj.353.0618.

Beeby S. et al. [A micro electromagnetic generator for vibration energy harvesting. Journal Micromech Microeng]. 2007, vol. 17, no 7, pp. 1257-1265.

Васильев И., Чуприн А. Разработка пьезоэлектрического генератора тока для обеспечения автономным питанием грузовых вагонов и платформ // Нано индустрия. 2016. № 5 (67). С. 86-92. DOI: https://10.22184/1993-8578.2016.67.5.86.92.

Uchino K. [Piezoelectric Energy Harvesting Systems-Essentials to Successful Developments]. Energy Technology, 2017, vol. 6 (5), pp. 829-848. DOI: https://doi.org/10.1002/ente.201700785.

Huet F., et al. [Vibration energy harvesting device using P(VDF-TrFE) hybrid fluid diaphragm]. Sensors and Actuators A: Physical, Elsevier, 2016, vol. 247, pp.12-23. DOI: 10.1016/j.sna.2016.05.029.

Cui X., Teng M. and Hu J., [PSPICE-Based Analyses of the Vibration Energy Harvester System with Multiple Piezoelectric Units]. in Canadian Journal of Electrical and Computer Engineering, vol. 38, no. 3, pp. 246-250, 2015, DOI: 10.1109/CJECE.2015.2431312.

Богуш М. В. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе пространственных электротермоупругих моделей. М. : Техносфера, 2014. 312 с. URL: www.piezoelectric.ru.

Гриценко А., Никифоров В., Щеголева Т. Состояние и перспективы развития пьезоэлектрических генераторов // Компоненты и технологии. 2012. № 9. С. 63-68.

Zhang Y. L., et al. Electrostatic energy harvesting device with dual resonant structure for wideband randomvibration sources at low frequency. Review of Scientific Instruments, 2016, vol. 87: 125001, pp. 1-8.

Maghsoudi Nia E., et al. [Design of a pavement using piezoelectric materials]. Materials science and engineering technology, John Wiley & Sons, 2019, vol. 50, no 3, pp. 320-328. DOI: https://doi.org/10.1002/mawe.201900002

Ghazanfarian, Jafar, Mohammad M. Mohammadi, and Kenji Uchino. [Piezoelectric Energy Harvesting: A Systematic Review of Reviews]. Actuators, 2021, Vol. 10, no. 12: 312, pp. 1-30 https://doi.org/10.3390/act10120312.

Erturk A., Inman D. [Piezoelectric Energy Harvesting], 1st ed.: John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 2011, 416 P.

Gareh S., et al. [Optimization of the Compression-Based Piezoelectric Traffic Model (CPTM) for Road Energy Harvesting Application].International Journal of Renewable Energy Research, 2019, vol. 9, no 3, pp. 1272-1282. DOI: https://doi.org/10.20508/ijrer.v9i3.9509.g7703

Chen N., et al. [A piezoelectric impact-induced vibration cantilever energy harvester from speed bump with a low-power power management circuit]. Sensors and Actuators A: Physical, 2017, vol. 254, pp. 134-144. DOI: 10.1016/j.sna.2016.12.006

Yalu Pei, Yilun Liu, Lei Zuo [Multi-resonant electromagnetic shunt in base isolation for vibration damping and energy harvesting]. Journal of Sound and Vibration, Volume 423, 2018, pp. 1-17, https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.02.041

Исполнительные устройства и системы для микроперемещений / А. А. Бобцов, В. И. Бойков, С. В. Быстров и др. СПб. : Университет ИТМО, 2017. 134 с.

Hillyard, Daniel C et al. [Development of an Energy-Harvesting Shoe]. Environmental Science, 2014.

Анализ и моделирование автономной фотоэлектрической системы с использованием среды matlab/simulink / Л. М. Абдали, Х. А. Исса, К. А. Али, В. В. Кувшинов, Э. А. Бекиров // Строительство и техногенная безопасность. 2021. № 21(73). C. 97-105. DOI: https://doi.org/10.37279/2413-1873-2021-21-97-105.

Загрузки

Опубликован

28.09.2022

Как цитировать

Аль-Руфаи, Ф. М., Якимович, Б. А., Кувшинов, В. В., Аль-Саиди, А. К., & Бордан, Д. Ф. (2022). Моделирование и анализ работы системы накопления пьезоэлектрической энергии при помощи программной среды Matlab/Simulink. Интеллектуальные системы в производстве, 20(3), 24–33. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-3-24-33

Выпуск

Раздел

Статьи