42、铁电发电机原理、模型与应用解析

铁电发电机原理、模型与应用解析

1. 铁电发电机基础

铁电发电机（FEG）在脉冲功率领域有着重要的应用。不同尺寸的PZT 52/48元件组成的FEG，如D = 26.0 mm，h = 0.65 mm；D = 25.0 mm，h = 2.5 mm；D = 25.0 mm，h = 5.1 mm，能向不同电阻的有源负载输送能量。

2. 单元素铁电发电机理论模型

为理解纵向FEG在电阻模式下的实验结果，Tkach等人开发了纵向FEG的模拟模型。
- 模型假设 ：
- 不考虑铁电材料的体压缩，因为实验表明该值不超过0.05。
- 冲击极化具有惯性特性，即畴重排是一个动力学过程。
- 铁电材料在压缩和未压缩区域均为线性电介质。
- 方程与条件 ：连接到电阻负载的FEG的常微分方程组和初始条件如下：
[
\begin{cases}
\frac{dQ_1}{dt}+\frac{dQ_2}{dt}=I_0(t) - I_2 - I_{leak}(Q_1), & Q_1| {t = 0}=0\
L\frac{dI_2}{dt}=Q_2C_L^{-1}-RI_2, & I_2| {t = 0}=0\
\frac{dQ_1}{dt}C^{-1}(t)-\frac{dQ_2}{dt}C_L^{-1}(t)=C^{-2}(t)Q_1\frac{dC(t)}{dt}, & Q_2| {t = 0}=0
\end{cases}
]
其中，R（欧姆）、