介电弹性体(Dielectric Elasetomer,DE)是一种特殊的介电材料,传统应用中通常见于驱动和传感领域。由于DE能量密度大、灵活性强、质量轻、变形大、响应快等特点,近年来开始逆向用于发电领域,并越来越受到国内外学者的重视。利用DE制成的介电弹性体发电机(Dielectric Elasetomer Generator,DEG)呈现一种“三明治”结构,由介电弹性体材料及涂敷在其上下表面的电极组成,可以从振动的环境中(如风能,人体的运动,波浪能)收集能量,与传统的电磁发电机相比,具有高达1.5J/g的能量密度,在未来可再生能源开发利用等领域具有广阔的应用前景,因此创建一个可视化程度高、简便高效的纯电学仿真模型,提高DEG发电性能至关重要。本文主要研究内容及主要结论如下:1.介绍介电弹性体发电机的具体工作原理,并对自偏置电路的具体工作方式进行详细的说明,同时研究分析目前针对介电弹性体发电机的建模仿真方法,并对其中一种建模方法进行详细的公式推导,得出机电耦合仿真模型,最后对建模方法存在的问题与不足进行总结。2.DEG纯电学模型的创建。为解决当前针对DEG建模仿真分析过程中的问题与不足,在研究介电弹性体发电机工作机理和能量循环过程的基础上,融合自偏置电路,运用Orcad/Pspice软件建立可模拟自偏置介电弹性体发电机机电转换过程的纯电学模型,通过对介电弹性体发电机模型测试获得相关的系统参数,并对电学模型参数的导出进行详细讨论。利用Orcad/Pspice软件对新建立的纯电学模型进行了仿真研究,通过搭建对应的实验平台,进行实验研究并与仿真结果对比。仿真和实验结果表明,使用新建立的纯电学模型可以方便研究不同机械频率、电压增益下的介电弹性体发电机机电转换效果,与实验结果匹配度高、误差小。纯电学模型结构简单、可视化好,且易于兼容驱动电路。3.对DEG在不同充电时序下的发电性能进行研究。在建立DEG纯电学模型的基础上,为研究介电弹性体发电机(DEG)在不同充电时序模式下的发电性能,进一步提高发电量,对DEG自偏置电路的工作原理进行了详细分析。利用Orcad/Pspice软件对DEG在四种不同充电时序模式下的发电性能进行了仿真研究,通过搭建对应的实验平台,进行实验研究并与仿真结果对比。仿真和实验结果表明,不同充电时序模式下DEG的发电性能是不同的,DEG工作在模式1和模式2发电性能最好,模式3发电性能次之,模式4发电性能最差。研究比较了DEG不同的充电时序模式对发电性能的影响,为进一步提高DEG发电效率提供了一种新的思路。