风致驰振型电磁俘能器输出性能仿真分析

摘要

对一种横风向驰振的电磁俘能器输出性能进行了研究。建立了风致驰振型电磁俘能器输出电流与输入风速关系数学模型,应用谐波平衡法求得了方程近似解析解。通过与龙格-库塔法数值解比较验证了解析解的正确性,随后仿真分析了激励风速和无量纲负载电阻r对驰振频率和切入风速的影响关系,并研究了机电耦合系数、线圈电感和电阻对切入风速和平均功率的影响关系。结果表明,低r值时,受高切入风速制约,俘能器不易发生驰振。俘能器驰振后,最优r值不低于1,最优功率会随着机电耦合系数的增加而增大并逐渐趋于饱和。当r取值范围为[0.01,100]时,低风速条件下,增加线圈电感值可以降低系统在低r值处的切入风速,拓宽可驰振的r值范围,改善低r值处输出功率。高风速条件下,低于49.3 mH的线圈电感对输出功率几乎无影响,随后增加的线圈电感值能明显降低俘能器在低r值处的输出功率。增加线圈电阻值能提高俘能器在低r值处的输出功率,但过量增加线圈电阻会导致系统最优功率大幅下降。研究结果为风致驰振型电磁俘能器的设计提供理论参考。