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文檔簡介
1、介電彈性體發(fā)電機是一種由新型功能材料構(gòu)成的發(fā)電機,適用于小量級、微機電系統(tǒng)等場合。在實際研究過程中,由于介電彈性體發(fā)電機受到許多因素影響,如介電彈性體材料內(nèi)阻損耗、柔性電極損耗、機械損耗、發(fā)電循環(huán)方式等,降低了機電轉(zhuǎn)換效率。
基于介電彈性體發(fā)電機機電轉(zhuǎn)換原理和基本發(fā)電循環(huán)方法,采用絕對能量收集、相對能量收集和能量轉(zhuǎn)換效率評估公式等三個維度評估發(fā)電效率,進而展開效率影響因素研究,并利用循環(huán)組合優(yōu)化方法、非線性機電轉(zhuǎn)換方法進行優(yōu)化
2、。通過能量計算分析發(fā)電循環(huán)各階段的能量收集和存在的電損耗、機械損耗,發(fā)現(xiàn)介電彈性體發(fā)電機機電轉(zhuǎn)換效率與介電彈性體材料內(nèi)阻損耗、柔性電極損耗、機械損耗直接相關(guān)。
針對三種循環(huán)方式的不同特點,采用恒電場和恒電荷的組合方式,分析組合循環(huán)的切換點來實現(xiàn)最佳能量轉(zhuǎn)換循環(huán),減少能量損耗。建立介電彈性體發(fā)電機模型,運用MATLAB/Simulink軟件仿真研究表明:拉伸力和電容隨拉伸比率呈正比例線性變化,影響機電轉(zhuǎn)換效率;選擇恒電荷循環(huán)可實
3、現(xiàn)最小的損耗,選擇恒電場循環(huán)可實現(xiàn)最大的絕對收集能量;選擇恒電荷和恒電場循環(huán)組合方式,以Δt(t3,t'3)/T=0.15為循環(huán)切換點,與恒電場循環(huán)方式下的發(fā)電效率相比提高了近2倍。
研究介電彈性體發(fā)電機傳統(tǒng)機電轉(zhuǎn)換方法和非線性機電轉(zhuǎn)換方法,建立理論模型并利用MATLAB/simulink軟件仿真研究介電彈性體發(fā)電機兩端輸出電壓和功率的變化趨勢,并計算其轉(zhuǎn)換的電能。仿真研究表明:在相同條件下,與傳統(tǒng)機電轉(zhuǎn)換方法相比,采用非線性
4、機電轉(zhuǎn)換方法,介電彈性體發(fā)電機兩端電壓的振幅明顯提高,功率和電能增加了3.41倍。
搭建介電彈性體發(fā)電機發(fā)電實驗臺,分析介電彈性體材料內(nèi)阻、循環(huán)方式對機電轉(zhuǎn)換效率的影響。實驗結(jié)果表明:介電彈性體發(fā)電機柔性電極的內(nèi)阻受碳粉目數(shù)、數(shù)量、與硅膠、硅油配比關(guān)系影響較大。碳粉目數(shù)增大,電阻值先減小后增大,碳粉數(shù)量增加,電阻值變小,且電極越干燥,電阻值也越小,電極干燥程度需根據(jù)實際應用場合進行確定;在相同條件下,理論計算的絕對收集能量為恒
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