DEAP换能器的能量转换研究

DEAP是一种介电型电活性聚合物,具有能量密度高、应变大等优点。利用DEAP膜设计实现了一圆环形换能器,研究分析了换能器一个工作循环内的能量转换,最后利用Abaqus有限元软件分析了换能器工作循环过程。结果表明:在偏置电压为1 500 V时输入的机械能为40.75 mJ,转换得到的电能为7.03 mJ,机械能转换效率为17.3%。     

介电型电活性聚合物圆柱形驱动器的驱动效率

研究了介电型电活性聚合物(DEAP)驱动器的机电能量转换机理、能量损耗和驱动效率。建立了驱动器机电能量转换模型,并通过试验测算了驱动器等效电路的模型参数,分析了电极材料等因素对DEAP相对介电常数的影响。深入研究了驱动器漏电流损耗,试验验证了漏电流对驱动器性能的影响。最后,设计了驱动器驱动试验台,完成了不同行程的准静态驱动试验,数值计算了驱动器的驱动效率。结果表明:由于等效电路电容未参与能量转换,驱动器机电转换效率分别为17.6%和25.6%。低电压、小行程驱动时,试验误差与理论分析误差不超过15%;而高电压、大行程驱动时,DEAP膜的漏电流等非线性因素使其驱动效率变化明显。该结果可为DEAP圆柱形驱动器的优化设计及合理使用提供指导。     

电活性聚合物微型发电机

通过实验分析了电活性聚合物在静电场中将机械能转换为电能的内部机理,研究了电活性聚合物发电原理,定量分析了电活性聚合物产生的电能。运用非线性连续介质力学理论,分析了Yeoh模型、Mooney-Rivlin模型和Ogden模型的不同应变能函数,建立了电活性聚合物变形特性的数学模型。讨论了电活性聚合物在不同状态下的力学特性,构建了能量收集方程及运动学方程。最后,基于电活性聚合物发电原理,采用丹佛斯生产的电活性聚合物材料建立了风力发电机实验装置平台。实验结果表明:电活性聚合物在10%应变状态下,充电电压为1200V时,一次循环收集的电能为13.7mJ。这些实验为电活性聚合物致动器、传感器和微型发电机的研究奠定了理论基础。     

矿用本安型超声测距换能系统电阻抗匹配设计

针对矿用超声测距系统经本质安全化设计后能量转换效率提高以及驱动电压受限的问题,对本安驱动下电能传输匹配的实现和协调展开了研究,设计基于高速光耦升压驱动回路的LRC电阻抗匹配网络以提高能量转换效率,并选取不同匹配参数来降低驱动脉冲波谷电压幅值,进而可在测距性能保持不变的前提下明显降低最低驱动电压。实验结果表明,在测距距离一定时超声测距系统通过LRC电网络阻抗匹配可显著降低超声换能器所需的驱动电压至11 V左右,并有效提高能量转换效率。     

基于MATLAB的蓄电池DC-DC变换器仿真研究

当今绝大部分风光互补发电系统储能装置都存在误操作导致其蓄电池电能储存效率下降,电池无法维持正常工作状态的问题,造成了发电系统的能量损耗。通过对充放电电路进行分析,采用先恒电流后恒电压充电和恒电压放电DC-DC变换器的拓扑方式,对提高电池充放电效率和避免蓄电池内部受损卓有成效。利用MATLAB环境下Simulink平台搭建DC-DC变换器仿真模型,仿真结果显示,DC-DC变换器模型能使蓄电池充放电曲线更加接近理想充放电曲线,提高蓄电池电能转换效率,防止蓄电池过度充电、过度放电和二次充电。     

介电弹性体发电机机电转换的非线性方法研究

针对介电弹性体(DEG)研究中存在的"效率"瓶颈问题,对DEG机电能量转换方法进行了研究,提出了一种非线性DEG机电能量转换方法,并通过分析其基本机理,建立了非线性方法的理论模型和Matlab/Simulink仿真模型,对负载电阻值及翻转品质因子对机电转换效率的影响进行仿真。通过优化材料、机械传动结构、电路各元件参数配置及开关通断时间,提高了翻转品质因子Q,减少了电容电感串联形成电压翻转而造成的能量损失,进一步提高了机电效率。研究结果表明,通过对标准机电转换方法和非线性机电转换方法的比较,由于非线性转换环节的作用,使DEG两端电压的振幅大幅度提升,沿电压轴方向扩展了能量环,从而使DEG机电转换效率提高2.5倍;该研究结果对DEG的深入研究具有重要的意义。     

电磁式公路减速带发电装置理论研究

解决机动车辆路过路面减速装置大量能量被不必要的消耗,提出一种新型减速带发电的装置。利用车辆碾压减速带产生振动的能量,通过导向柱及磁棒的上下运动切割磁力线,来产生感应电流。并对电能的后续处理提出理论设想,即整流、控制、储存在蓄电池中,经逆变器供负载使用。在提出减速带结构后,重点对电能产生的过程及机理进行建模、分析、计算,从而得出单个减速带模块的发电效率,进而可以估算出该减速带模组的发电量。最后得出结论,虽然单个模块发电量不高,但24h不间断工作的优点,可产生较好的经济效益。     

波浪能捕获及发电装置研究进展与技术分析

针对目前波浪能发电成本高、结构复杂、能量转换效率低等问题,对波浪能发电的基本原理、新型发电装置及相关新技术进行了研究。具体对直线电磁型、压电型和电活性聚合物型波浪能发电装置进行了总结和分析,探究了点吸式、振荡水柱式、振荡摇摆式和筏式等波浪能捕获装置的工作原理、优缺点、适用场合和应用前景,特别对新型的波浪能发电技术—介电弹性体发电机进行了分析和探究;同时对波浪能发电技术的进一步发展提出了建议。研究结果表明,对比其他方式的波浪能捕获装置,基于介电弹性体的波浪能装置发电成本更低,结构更加简单,能量转换效率更高。     

Cymbal换能器发电性能的有限元分析

利用Cymbal换能器的正压电效应将应变能转化为电能,捕获能量,是开辟新能源的一条有效途径。采用有限元方法对Cymbal换能器力电耦合场进行分析,计算结果表明,换能器非共振条件短路电压随金属端帽底径的增大而增大,随金属帽厚度、顶径、内腔高度的增大而递减。最小二乘法的拟合结果呈现出上述参数对电压影响程度依次减弱的变化规律。选择合适的结构参数设计的Cymbal换能器,将其作为发电元件,可获得较高的电压及功率。     

利用摩擦纳米发电机进行液固检测效果 可靠性影响因素分析

摩擦纳米发电机技术采用非接触式感应电测量方法,在自发电领域和智能传感领域得到了迅速的发展,但摩擦界面间起电原理和电荷转移过程受材料和环境影响,难以精确操控。本文利用气液间断型摩擦纳米发电机(L-S TENG)检测技术对PTFE管内流动介质进行实时监测,分析环境因素和结构参数对输出电特性的影响,揭示液-气-固三相在接触起电和感应电输出过程的作用机理及影响规律。研究发现：对于单电极L-S TENG系统,随着铜电极宽度的增加,开路电压显著增大,宽度从1 mm增至3 mm时,开路电压增长了1.32倍,当宽度增至6 mm时,较最初增长了1.9倍;随着液相温度从1℃升高到55℃时,开路电压呈现先升高后降低的趋势;随着管道老化程度的增加,转移到PTFE管壁的电子数降低,铜电极感应到的电荷数减少,电能转换效率降低;随着湿度的增加,相界面间的内源摩擦电效应减弱,开路电压降低;当环境中有强激光照射时,可以有效激发界面上载流子的能量水平,使系统输出性能和电能转换效率大幅提高。