رویکرد جدید در طراحی برداشت کننده انرژی الکترواستاتیک با مدلسازی دقیق خازن در ساختار الکترودهای متناوب سه بعدی و با در نظر گرفتن کامل اثر خازنی لبه ها

تحلیل و مدلسازی ریاضی ساختارهای برداشت کننده انرژی، امکان طراحی بهینه ساختار این مولدها را فراهم میسازد. از طرف دیگر، اثر خازنی بین دوصفحه فلزی در یک مولد انرژی نقش اساسی در عملکرد آن دارد. بنابراین مدلسازی ریاضی اثر خازنی فوق در طراحی، تحلیل عملکرد و بهینه سازی ساختار این مولدها نقش اساسی دارد. در مولدهای انرژی از نوع ولتاژ ثابت ، از الکترودهای ساختار شیاری متناوب استفاده می شود. در این مقاله ابتدا روابط بسته ریاضی جدیدی برای محاسبه اثر خازنی در مولدهای انرژی با ساختار شیاری ارائه میگردد. سپس با استفاده از فرمول های به دست آمده، رویکرد جدیدی برای بهینه سازی ساختار و ابعاد این نوع مولدها ارائه میگردد. فرمول بدست آمده برای مدلسازی خازن برای ساختار شیاری متناوب بسیار دقیق است و برای ساختار سه بعدی بدست آمده است و همچنین اثر تعداد الکترودها را در نظر می گیرد. هدف از بهینه سازی ساختار مولد مورد نظر، بیشینه نمودن انرژی برداشتی برای یک مولد انرژی با ابعاد مشخص می باشد. روابط ریاضی ارائه شده برای محاسبه اثرات خازنی ابتدا با استفاده از نرم افزار Comsol و Matlab اعتبار سنجی شده و دقت بالای آنها نشان داده شده است. در نهایت، با استفاده از رویکرد بهینه سازی ارائه شده، %23 افزایش توان خروجی در مقایسه با موارد گزارش شده در مراجع به دست آمده است.

کلیدواژه ها:

بهینه سازی ، برداشت کننده انرژی الکترواستاتیک ، الکترودهای متناوب سه بعدی ، ولتاژ ثابت