Publication details
Abstracts and keywords
Problematyka rozprawy dotyczy układów elektromechanicznych do odzyskiwania energii z drgań tzw. Energy harwesterów, które wyposażone są w energoelektroniczny układ przekształtnikowy w postaci prostownika aktywnego. Temat został podjęty z uwagi na popularność tematyki oraz własne doświadczenie w dziedzinie odzysku energii z wibracji pozyskane w ramach realizacji projektu badawczego. Elektromechaniczne harwestery energii służą do pozyskiwania energii z drgań i wibracji występujących w przyrodzie, transporcie czy przemyśle. Głównym problemem tego typu rozwiązań jest to, że ich napięcie wyjściowe jest w zupełności zależne od częstotliwości i amplitudy drgań, co może uniemożliwiać zasilenie konkretnego urządzenia bądź naładowanie akumulatora. Z tego względu konieczne jest stosowanie rozwiązań, które sprostają tym wymaganiom. Większość harwesterów zawiera dodatkowe specjalistyczne przekładnie mechaniczne tzw. Prostownika mechaniczne lub energoelektroniczne interfejsy służące do dopasowania napięcia wyjściowego harwestera do obciążenia. Poszukując odpowiednich rozwiązań, dokonano oceny aktualnego stanu wiedzy na temat elektromechanicznych harwesterów energii. Przeprowadzono przegląd oraz zebrane doświadczenia pozwoliły na opracowanie koncepcji układu harwestera wraz z wybraną topologią przekształtnika energoelektronicznego w postaci topologii tranzystorowego prostownika aktywnego. Poszerzenie zakresu roboczego pracy uzyskano dzięki opracowaniu odpowiednich algorytmów sterowania wykorzystując właściwości prostownika aktywnego. Przeprowadzono prace projektowe, opisano budowę zaproponowanego harwestera energii oraz przedstawiono zasadę działania autorskiego algorytmu sterowania wraz z dwiema strategiami. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdzają możliwości wpływania na napięcie i moc wyjściową układu harwestera niezależnie od częstotliwości i amplitudy wymuszenia. Dzięki temu w praktycznych aplikacjach możliwa jest rezygnacja z drogich i skomplikowanych przekładnik mechanicznych wykorzystując tańszą alternatywę w postaci układu z prostownikiem sterowanym.
The dissertation concerns the electromechanical systems for energy harvesting from vibrations, also known as energy harvesters, equipped with an energy-electronic conversion system in the form of an active rectifier. The topic was chosen due to the popularity of the subject and the author's own experience in the field of energy recovery from vibrations obtained during the research project. Electromechanical energy harvesters are used to extract energy from vibrations occurring in nature, transport or industry. The main problem with such solutions is that their output voltage is completely dependent on the frequency and amplitude of the vibrations, which can make it difficult to power a specific device or charge a battery. Therefore, it is necessary to use solutions that meet these requirements. Most harvesters contain additional specialized mechanical gearboxes, called mechanical rectifiers or energy-electronic interfaces, used to match the harvester's output voltage to the load. In search of appropriate solutions, an assessment of the current state of knowledge on electromechanical energy harvesters was made. A review was conducted and the collected experiences allowed for the development of the harvester system concept with the selected topology of the power-electronics converter in the form of a transistor active rectifier. Expanding the range of the harvester's work was achieved by developing appropriate control algorithms using the properties of the active rectifier. Design work was carried out, the construction of the proposed energy harvester was described, and the principle of operation of the author's control algorithm was presented along with two strategies. The results of the research confirm the possibilities of influencing the output voltage and power of the harvester system independently of the frequency and amplitude of the excitation. Thanks to this, in practical applications, it is possible to abandon expensive and complicated mechanical transformers, using a cheaper alternative in the form of a controlled rectifier system.
