電活性聚合物是在電場(chǎng)的激勵(lì)下,尺寸和形狀發(fā)生顯著改變的一類聚合物。介電彈性體是典型的電活性聚合物材料,在發(fā)電、驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域,特別是在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。介電彈性體發(fā)電機(jī)發(fā)電原理是基于可變電容器發(fā)電機(jī)理,可通過發(fā)電循環(huán)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,具有柔順性好、耐沖擊、能量密度高、易加工及噪音低等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)推挽式發(fā)電機(jī)進(jìn)行了研究,研究?jī)?nèi)容及主要結(jié)論如下:建立對(duì)稱式電路與非對(duì)稱式電路的升壓模型,并通過MATLAB仿真,得出非對(duì)稱式電路允許的最小容變比比對(duì)稱式電路的小的結(jié)論。在容變比小于2.83時(shí),非對(duì)稱式電路比對(duì)稱式電路擁有更好的升壓效果。在容變比大于2.83時(shí),對(duì)稱式電路具有更好的升壓效果。實(shí)驗(yàn)研究了介電彈性體發(fā)電機(jī)在拉伸過程中電容的變化。設(shè)計(jì)了單軸、雙軸與純剪切拉伸裝置,實(shí)驗(yàn)研究了3種拉伸模式下介電彈性體發(fā)電機(jī)輸出電壓、產(chǎn)生電能、拉力與其變形量的關(guān)系及介電彈性體的破裂極限。發(fā)現(xiàn)在反復(fù)拉伸介電彈性體發(fā)電機(jī)時(shí),最大容變比隨著拉伸次數(shù)增多而減小。通過預(yù)拉伸后涂抹柔性電極,將柔性電極引到固定棒上再外接導(dǎo)線,可改善容變比減小的速度。雙軸拉伸模式下介電彈性體的破裂極限最大。在面積變換率大于4倍時(shí),電能出現(xiàn)大幅度提升,可實(shí)現(xiàn)介電彈性體能量密度最大化。選取了錐形拉伸模式,采用Mooney-Rivlin模型建立錐形變形的理論模型,并通過COMSOL仿真。不同預(yù)拉伸率條件下,實(shí)驗(yàn)研究了介電彈性體電容值與變形距離的關(guān)系,研究了介電彈性體介電常數(shù)的變化。采用2倍的介電彈性體預(yù)拉伸率,對(duì)稱式電路結(jié)構(gòu),制作了對(duì)頂式錐形拉伸模式的推挽式DEG。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了推挽式介電彈性體發(fā)電機(jī)發(fā)電性能,通過DEG放電電壓曲線計(jì)算了DEG自身并聯(lián)電阻阻值。實(shí)驗(yàn)研究了內(nèi)外徑比與容變比對(duì)推挽式DEG的影響,發(fā)現(xiàn)推挽式發(fā)電機(jī)在發(fā)電量、所需最大外力和機(jī)械能、轉(zhuǎn)化效率上的最佳的內(nèi)外徑比不一致。采用在相同容變比時(shí)能產(chǎn)生最多的電能的推挽式發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(內(nèi)圓半徑為25mm,最大拉伸距離為75mm),研究頻率對(duì)其升壓的影響,發(fā)現(xiàn)在小于1.5Hz時(shí),平均每個(gè)周期的升壓倍數(shù)隨著頻率的增加而增加;當(dāng)頻率大于1.5Hz時(shí),平均每個(gè)周期的升壓倍數(shù)無明顯變化。優(yōu)化了穩(wěn)壓二極管式儲(chǔ)能電路,提出新的儲(chǔ)能電路,對(duì)比3種儲(chǔ)能電路后發(fā)現(xiàn),分壓電容式儲(chǔ)能電路儲(chǔ)能效率最高,穩(wěn)壓二極管式儲(chǔ)能電路儲(chǔ)能效率次之,單片機(jī)式儲(chǔ)能電路儲(chǔ)能效率最差。提出在實(shí)際應(yīng)用中分壓電容式儲(chǔ)能電路可以用機(jī)械式行程開關(guān)代替繼電器開關(guān),以避免額外的外部供電。
【學(xué)位單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM31
【部分圖文】：

b）膝關(guān)節(jié)能量轉(zhuǎn)化裝置 c）懸吊式背包圖 1.2 人體能量收集裝置由于 DE 擁有較寬的頻率響應(yīng)范圍，因此也廣泛地應(yīng)用于自然界能量，比如風(fēng)能，海洋能。R.Vertechy 等人[48]介紹了基于 DE 的振蕩-水柱發(fā)電機(jī)，并分析使用 DE 發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力輸出系統(tǒng)的可行性。描述了的水力-電-超彈性簡(jiǎn)化模型，模擬結(jié)果顯示 DE 在振蕩-水柱型波浪能潛力。振蕩-水柱型 3 種不同施力方式如圖 1.3 所示。圖 1.3 振蕩-水柱型 DEG

b）膝關(guān)節(jié)能量轉(zhuǎn)化裝置 c）懸吊式背包圖 1.2 人體能量收集裝置由于 DE 擁有較寬的頻率響應(yīng)范圍，因此也廣泛地應(yīng)用于自然界能量的收集中，比如風(fēng)能，海洋能。R.Vertechy 等人[48]介紹了基于 DE 的振蕩-水柱型波浪能發(fā)電機(jī)，并分析使用 DE 發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力輸出系統(tǒng)的可行性。描述了基于二維的水力-電-超彈性簡(jiǎn)化模型，模擬結(jié)果顯示 DE 在振蕩-水柱型波浪能發(fā)電中的潛力。振蕩-水柱型 3 種不同施力方式如圖 1.3 所示。

圖 1.4 浮標(biāo)式 DEG目前 DEG 關(guān)于風(fēng)能收集的研究相對(duì)前兩種較少，但 DEG 在風(fēng)能能有和在海洋能能量收集中一樣的優(yōu)勢(shì)，可以用低成本形成大規(guī)模，量收集。廈門理工大學(xué)等人[50]設(shè)計(jì)制作了風(fēng)力 DEG 樣機(jī)，如圖 1.5進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中該裝置 DE 能量密度可以到達(dá) 1.5J/g。圖 1.5 風(fēng)力 DEG 樣機(jī)目前存在的問題
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