波浪能直線發(fā)電裝置及其電能管理系統(tǒng)的研究

【摘要】：隨著社會(huì)不斷進(jìn)步、科學(xué)的不斷發(fā)展，發(fā)電機(jī)種類的增加特別是特種電機(jī)的應(yīng)用為人類社會(huì)做出了巨大貢獻(xiàn)。如今隨著世界經(jīng)濟(jì)不斷地高速發(fā)展,人口數(shù)量的膨脹以及耗電設(shè)備的不斷增加，人類對能源特別是電能的需求量愈來愈大,以往人們發(fā)電需要諸如煤之類的不可再生能源的儲(chǔ)存是十分有限的,生產(chǎn)周期緩慢，從而造成了常規(guī)能源過度開采而趨于枯竭的現(xiàn)象。海底不但貯藏著豐富的能源，海洋本身也存在著間接能源，例如潮汐能、波浪能、海流能等，其中波浪在海洋中隨處可見，它所蘊(yùn)含的能量及其豐富,幾乎是取之不盡,用之不竭。如果我們能將其加以開發(fā)利用，那么不但能推動(dòng)我國海洋能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也能為我們的子孫后代造福。 傳統(tǒng)的波浪能發(fā)電裝置為旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，將波浪的直線運(yùn)動(dòng)經(jīng)過中間環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于中間環(huán)節(jié)的傳遞效率的問題使發(fā)電機(jī)的總的發(fā)電效率降低。作為特種電機(jī)的直線發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，加工制作方便，在電機(jī)性能上動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精度高，在重量上質(zhì)量、輕慣性。有很小的噪聲和振動(dòng)。除此之外還省去了能量的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),因此在捕獲波浪能以及提高捕獲效率方面有很大優(yōu)勢，在要求低速、穩(wěn)定、響應(yīng)快的直線運(yùn)動(dòng)的場合有廣泛的應(yīng)用前景。然而，波浪能發(fā)電技術(shù)，為直線電機(jī)的發(fā)展提供了有利的平臺(tái)。 本論文在前人基礎(chǔ)上，通過理論的研究以及方案的討論，最終提出圓筒形直線往復(fù)發(fā)電機(jī)模型，并通過三維軟件solidworks初步建模，通過ansoft/maxwell電磁分析軟件對模型進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，其中包括鐵芯槽口大小的優(yōu)化、磁鐵充磁方式的選擇、磁鐵間隙的優(yōu)化以及鐵芯縱向端部效應(yīng)的改善和彌補(bǔ)等內(nèi)容。 確定直線發(fā)電機(jī)模型后對其進(jìn)行電磁瞬態(tài)仿真分析，進(jìn)而得出該發(fā)電機(jī)的電磁力矩曲線、磁鏈曲線、以及所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢曲線圖。 將直線發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的空載電動(dòng)勢圖形數(shù)據(jù)以表格的形式導(dǎo)出。確定其有效值后，利用protues電路仿真軟件中自定義信號(hào)發(fā)生器導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)制作電壓源，為后續(xù)的電源管理模塊做準(zhǔn)備。 發(fā)電機(jī)三相電壓經(jīng)過降壓、濾波、整流、穩(wěn)壓等電路處理后對蓄電池充電。同時(shí)用AT89C51單片機(jī)對經(jīng)過處理后的蓄電池充電電壓和充電電流進(jìn)行采集檢測，并通過LED數(shù)碼管將采集到的電流和電壓數(shù)據(jù)顯示出來。 利用RS232接口將AT89C51單片機(jī)和無線發(fā)送設(shè)備DTU實(shí)現(xiàn)串口通信，并將單片機(jī)寄存器中的數(shù)據(jù)傳送給DTU,并由DTU將數(shù)據(jù)發(fā)送到公共網(wǎng)絡(luò)中。之后監(jiān)控中心將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)接收下來并在上位機(jī)軟件中顯示。用Keilu Vision3開發(fā)軟件對AT89C51單片機(jī)進(jìn)行編程和調(diào)試。 本系統(tǒng)通過設(shè)備和DTU以及上位機(jī)的聯(lián)機(jī)，觀察無線發(fā)送所接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)。 【關(guān)鍵詞】：永磁體 直線發(fā)電機(jī) ansoft/maxwell 仿真 單片機(jī)
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM612;P743.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-20
• 1.1 課題的意義和背景13-15
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.3 海洋波浪能驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢17-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 2 直線發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20-54
• 2.1 直線發(fā)電機(jī)的基本原理20
• 2.2 永磁直線發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)種類20-23
• 2.2.1 單側(cè)式直線往復(fù)發(fā)電機(jī)20-21
• 2.2.2 雙側(cè)式直線往復(fù)發(fā)電機(jī)21
• 2.2.3 圓筒型直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)發(fā)電機(jī)21-23
• 2.3 直線發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析23-45
• 2.3.1 引言23
• 2.3.2 數(shù)學(xué)模型及邊界條件23-27
• 2.3.3 永磁體類型的選擇27-28
• 2.3.4 磁鐵的充磁方式28-30
• 2.3.5 磁鐵排布間隙的影響30-32
• 2.3.6 磁鐵和鐵芯氣隙大小的選擇32-35
• 2.3.7 齒槽口寬度的影響35-40
• 2.3.8 縱向端部效應(yīng)40-45
• 2.4 直線發(fā)電機(jī)電磁仿真分析45-54
• 2.4.1 直線電機(jī)基本尺寸確定45-47
• 2.4.2 直線電機(jī)二維模型確定47-48
• 2.4.3 模型材料的設(shè)定48
• 2.4.4 設(shè)置邊界條件48-49
• 2.4.5 運(yùn)動(dòng)選項(xiàng)的設(shè)置49
• 2.4.6 網(wǎng)格剖分設(shè)置49
• 2.4.7 求解設(shè)定49-50
• 2.4.8 仿真計(jì)算結(jié)果50-52
• 2.4.9 本章小結(jié)52-54
• 3 直線發(fā)電機(jī)的電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析54-92
• 3.1 引言54
• 3.2 protues 的簡介54-55
• 3.3 激勵(lì)源的處理55
• 3.4 降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)55-72
• 3.4.1 降壓電路的設(shè)計(jì)55-56
• 3.4.2 整流模塊的設(shè)計(jì)56-61
• 3.4.3 濾波器的設(shè)計(jì)61-63
• 3.4.4 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)63-67
• 3.4.5 電能處理模塊的仿真分析67-72
• 3.5 蓄電池的選擇72-73
• 3.6 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片73-76
• 3.7 AT89C51 單片機(jī)76-80
• 3.7.1 AT89C51 單片機(jī)的主要工作特性76-77
• 3.7.2 中央處理器77-78
• 3.7.3 AT89C51 的工作原理78-80
• 3.8 單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖電路80
• 3.9 單片機(jī)的復(fù)位電路80-81
• 3.10 數(shù)碼管顯示模塊81-83
• 3.11 protues 仿真分析83-91
• 3.11.1 調(diào)整電路部分83-85
• 3.11.2 時(shí)鐘分頻電路85-86
• 3.11.3 工作原理86
• 3.11.4 程序設(shè)計(jì)86-88
• 3.11.5 仿真結(jié)果88-91
• 3.12 本章小結(jié)91-92
• 4 數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測92-108
• 4.1 序言92
• 4.2 GPRS 無線通訊模塊92-94
• 4.2.1 GPRS 無線通信原理92-93
• 4.2.2 GPRS 無線通信的優(yōu)越性93
• 4.2.3 GPRS 無線通信系統(tǒng)的基本組成93-94
• 4.3 串行口通信94-98
• 4.3.1 AT89C51 單片機(jī)串口內(nèi)部結(jié)構(gòu)94-95
• 4.3.2 AT89C51 單片機(jī)串口的控制寄存器95-96
• 4.3.3 串口工作方式96-98
• 4.4 傳送/接收模塊98-99
• 4.5 DTU 模塊99-102
• 4.5.1 DTU 模塊簡介99-100
• 4.5.3 DTU 的核心功能100-101
• 4.5.4 DTU 的工作過程101-102
• 4.6 實(shí)驗(yàn)測試102-107
• 4.6.1 花生殼軟件做映射102-103
• 4.6.2 DTU 參數(shù)的設(shè)定103
• 4.6.3 上位機(jī)軟件的設(shè)定103-104
• 4.6.4 聯(lián)機(jī)測試104-107
• 4.7 本章小結(jié)107-108
• 5 總結(jié)與展望108-111
• 5.1 總結(jié)108-109
• 5.2 展望109-111
• 參考文獻(xiàn)111-115
• 致謝115
• 個(gè)人簡歷115-116

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