电流变技术的发展与应用
- 格式:doc
- 大小:24.00 KB
- 文档页数:3
汽车电流变液运用现况及发展走向电流变液是由可极化导电微粒分散于基液中而形成的一种悬浮液。
当对电流变液施加电场时,其黏度、剪切强度等性能瞬间变化,大小连续可调,甚至达到几个数量级,并由低黏度流体转换为高黏度流体,直至固体1-6;当电场撤去以后,他又可在毫秒时间内恢复到流体状态,同时这种液态和固态之间转换的特殊相变消耗的能量很低,控制相变的能量很小7-12。
图1为电场作用下的导电微粒排列、受力示意图。
这种介于液体和固体的属性间的可控、可逆、连续转变,可通过电场实现力矩的可控传递和机构的在线无级、可逆控制,因而能代替传统的电-机械转换元器件,特别适合于制备各种阻尼、减振装置,诸如汽车的发动机悬置、悬架、离合器、制动器、减振器、隔振器,驾乘员座等主动控制和半自动控制阻尼装置,在汽车工程、控制工程等相关领域呈现出良好的应用前景13-18。
电流变液的应用可极大简化部件结构,大幅减轻装置重量;其灵敏度高、噪声小、寿命长、成本低;可与计算机、探测器结合并根据车辆的运动特性和服役环境状态来实现实时主动、半主动控制,大幅提升车辆的速度,增强机动性;能有效提升车辆在行进时的平顺性,满足多工况、宽频带(0~200Hz)的隔振、减振等阻尼要求,是实现车辆阻尼智能化控制的新一代高性能智能材料18-25。
1电流变液材料国内外对电流变液材料、机理及应用的研究始于40年代末,至今共经历了3个主要阶段26-33。
1947年,美国学者Winslow第1次使用分散微粒与基液形成的悬浮物制成电流变液,提出了电流变效应的纤维结构理论;20世纪60年代末,Klass首次采用介电手段表征了电流变体,初步揭示了电流变颗粒的极化与电流变效应之间的联系;随后,Uejima在20世纪70年代初研究电流变体介电性能的基础上提出了“双电层的理论”模型;在此基础上,Deneiga于1984年提出了“极化模型”。
但上述研究的电流变体系均为含水体系,存有使用温度范围窄、漏电电流密度大、稳定性差、腐蚀性大等固有缺陷。
电流变液在工程控制中的应用
随着科技的发展,在工程控制中,电流变液变得越来越重要。
电
流变液具有精确性、操纵灵活性和可靠性的优点,可以用于解决复杂
的控制问题,这些特点使得它成为一种理想的控制技术。
电流变液是一种不断变化的电流传感器,它可以将机械的状态、
位置或运动信号转换成电信号,进而控制机械装置的行为。
电流变液
系统的优点在于能够准确和稳定地测量、传输和控制各种工程控制应
用中的机械参数,如温度、压力、流量和位置。
此外,通过电流变液可以改善系统的可靠性和故障检测,并有效
地控制机械设备的运行状态。
但是,由于电流变液系统的复杂性,设
计者必须考虑许多细节,如传感器的精度、电路的耦合和电源的热源,以及系统的温度、压力和湿度。
电流变液系统目前普遍应用于工业控制技术,如航空航天控制、
电力控制、制冷、蒸汽机械和船舶控制等领域。
电流变液系统可以实
现极具效率的自动控制,大大提高了系统的灵活性、可靠性和精度,
降低了购买和使用成本,有效地提高了工程控制技术的效率和可靠性。
综上所述,电流变液在工程控制中的运用发挥着重要的作用,它
既可以实现精确的控制,又可以提高控制系统的灵活性、可靠性和精度,改善工程控制技术的可靠性。
另外,由于电流变液系统设计复杂,如果要获得更好的性能效果,设计者必须结合实际情况深入考虑相关
因素,以实现最佳控制效果。
功率变换技术及应用方向功率变换技术是电子领域中重要的技术领域之一,主要用于将电能从一种形式变换为另一种形式或改变电能的性质,以满足不同的功率需求。
功率变换技术的研究和应用非常广泛,可以应用于各个领域,如电力系统、工业控制、电子设备、通信系统等。
本文将重点介绍功率变换技术的基本原理、具体的应用领域,以及未来的发展方向。
功率变换技术的基本原理是通过电子器件将输入电流和电压转换为输出电流和电压,实现功率的变换。
常见的功率变换技术有直流-直流(DC-DC)变换、交流-直流(AC-DC)变换和交流-交流(AC-AC)变换。
DC-DC变换主要用于改变直流电源的电压或电流,常见的应用包括电池充电器、电动车充电器等。
AC-DC变换主要用于将交流电转换为直流电,常见的应用有电源适配器、开关电源等。
AC-AC变换可以实现交流电的频率和相位的变换,常用于交流电调节、变频器等。
功率变换技术的应用非常广泛。
在电力系统中,功率变换技术可以应用于输电线路的无功补偿、电能质量的改善、电网频率的调节等。
在工业控制中,功率变换技术可以实现电动机的调速、电器设备的起动、变频调速、无级变速等。
在电子设备中,功率变换技术可以用于电池的充电、电源适配器设计、LED驱动等。
在通信系统中,功率变换技术被应用于射频功率放大器、无线充电、电源管理等。
未来,功率变换技术还有很大的发展空间。
首先,随着可再生能源的广泛应用,如太阳能和风能等,功率变换技术将在分布式发电和能量存储领域发挥重要作用。
其次,随着电动汽车的普及,功率变换技术将在电动车充电设备和动力电池管理系统中得到广泛应用。
另外,随着物联网的快速发展,功率变换技术还可以应用于智能家居、智能电网等领域,实现电能的高效利用和管理。
此外,功率变换技术的未来发展还有一些技术方向。
首先,提高功率变换器的转换效率是一个重要的方向,以减少能量损耗和提高能源利用率。
第二,提高功率变换器的工作频率和功率密度,以减小体积和重量,并提高响应速度。
电流变悬浮液体摘要:这篇文章的目的是综述在外加电场作用下流变性能能够突然改变的悬浮电流变液。
主要给出了最近报道的电流变液体背后的物理背景。
如何设计一种高性能的电流变液液体的标准和电流变悬浮液体如何呈现电流变效果的机理解释是一致的。
我们从一个简短的有历史意义的介绍开始,电流变液材料紧随着阳极电流变液性能、阴极电流变液性能和光致电流变液性能而讨论的。
随后,讨论了能大幅度影响电流变液特性的物性参数,评估了在电场作用下电流变液悬浮液体所呈现的物理过程。
总结了以前提出的电流变液作用的机制。
展望了电流变液材料的发展和电流变液液体的应用。
关键词:胶态悬浮提;电流变性能;电流变材料;电介质(非传导性);导电性1.引言电流变液悬浮液体是由一种绝缘的液体介质组成的,具体的说,这种绝缘液体介质不是半导体微粒材料就是半导体液体材料(通常是液晶材料)。
一种电流变悬浮液体的流变学性能(粘度、屈服应力,剪切模量,等)在每毫米几个千伏特的外加电场下能有一个几个数量级的可逆的转变。
由于它的机械性能能在一个宽量程内(几乎从纯净的液体到固体)很容易的被控制,电流变液液体在广泛的工业领域能被用作带电体和机械式接口。
例如,他能够用在汽车工业的离合器,刹车及阻尼装置的领域。
它也能用在机械臂的连接和传递中。
同样能用于军事目的。
自从1949年,电流变液性能第一次被温斯洛[1]提出,不论是在学术界还是在工业领域它的潜在应用价值刺激了大量的感兴趣者。
有大量的关于电流变液性能机理的著作和工业可适用的电流变液装置的设计。
几个关于电流变液体和电流变机制的综述已经发表[2-8],汇总了1996年以前电流变研究成果。
最近已经有许多新的发现,一些能完全的改变以前在电流变机理方面的观念。
总的来说,结合以前的成果和现在的发现,对更进一步的电流变研究和应用有重要作用。
这篇文章的目的是从材料科学的观点到物理机制的发现给电流变液领域一个完整的评论。
为了达到目的,一个简短的具有历史意义的以前对在外电场作用下的液体或绝缘悬浮体的研究被呈现。
现代电力电子技术的发展趋势及应用分析摘要:科技在迅猛发展,社会在不断进步,随着智能电网的发展与进步,使得信息化、自动化以及数字化的技术应用空间越来越大。
电力电子是建设智能化电网的基础所在,也是满足NB-IoT市场经济发展的重要技术所在。
因此,为了满足社会的发展,就需要对电力系统进行全面改革,使先进的电力电子技术应用到智能电网中。
关键词:电子技术;发展趋势;应用引言开展电力电子化新一代电力系统动态问题研究是保障电网安全稳定运行的重大需求。
装备是构成电力系统的基本要素,装备变革意味着客观研究对象的变革。
装备动态特性的变化意味着电力系统动力学现象及机理的变化,传统电力系统动态问题基础理论和关键技术的适应性面临重大挑战,装备替代的量变势将引起系统动态问题的质变。
开展新一代电力系统动态问题的研究是电网运行的迫切和重大的需求。
1基本概念首先针对电子技术,该项技术主要依靠电子设备对电力进行控制,可实现电力开闭控制、转换控制等,故在不同的控制要求下,电子技术又可以分为多种形式,诸如电力技术、转换器技术等。
因此本质上可以将电子技术视作一种元件控制技术,能够通过电力供给与切断、电力类型转换、电力强弱调整等方式使元件作出对应的动作,促使电气装置依照用户需求运作,实现控制目的。
同时电子技术在元件控制中会生成对应的数据,即电力数据,依照电力数据可知当前电力运作是否正常,也能判断电力的故障、安全水平等,便于及时处理异常,保障电力运作稳定。
其次针对电气控制,此概念的主要意义在于开发电气能源的利用价值,诸如利用弱电控制强电,再通过强电控制设备,最后设备运作满足需求,且随着控制技术的发展,电气控制不仅实现了自动化运作,控制对象也越来越多,故电气控制能够满足人们在生活或工作中的多种需求。
关于电气控制的自动化原理,从当前技术角度出发,主要是利用信号收发装置连接计算机与电气控制系统,用户可以从计算机上拟定指令,并发出信号,信号将被收发装置接收,随即发送给电气控制系统的控制单元,该单元将依照信号指令逐步控制设备,待指令执行完毕,控制目的达成。
变电运行技术在电力工程中的应用随着电力工程的发展和技术的进步,变电运行技术在电力工程中的应用越来越广泛。
变电运行技术是指在电力系统中通过对电压、电流、频率等参数进行监测和控制,以保证电力系统的正常运行和稳定性。
本文将从变电运行技术的应用现状、优势以及未来发展趋势等方面进行分析和讨论。
一、变电运行技术的应用现状随着电力工程的不断发展,电力系统的规模越来越大,复杂性也越来越高。
为了保证电力系统的安全可靠运行,变电运行技术得到了广泛的应用。
目前,变电运行技术主要应用于以下几个方面:1. 设备监测与故障诊断:通过监测变电站设备的运行状态,可以及时发现设备故障并进行处理,从而保证设备的正常运行。
利用变电运行技术还可以进行故障的诊断,准确定位故障点,缩短故障处理时间,提高故障处理效率。
2. 功率控制和优化:利用变电运行技术可以实现对电力系统功率的控制和优化,通过合理地调整变电站的运行参数,提高系统的功率因数,降低系统的能耗,从而提高系统的能效。
3. 安全防护与保护:变电运行技术可以实现对电力系统的安全防护和保护,通过对电流、电压等参数的实时监测和分析,可以确保设备和系统运行在安全的工作范围内,同时可以及时对系统进行保护和隔离,避免事故的发生。
4. 数据分析与决策支持:通过对变电站运行数据的分析和处理,可以为决策提供支持,优化运行策略,提高系统的运行效率和稳定性。
变电运行技术在电力工程中的应用具有以下几个优势:1. 提高运行效率:通过对电力系统的实时监测和控制,可以提高系统的运行效率,进而减少能源浪费,降低运行成本。
2. 提高系统可靠性:变电运行技术可以实现对电力系统的实时监测和保护,及时发现并处理故障,提高系统的可靠性和稳定性。
3. 降低安全风险:通过对电力系统的安全防护和保护,可以减少安全风险,避免事故发生,保障电力系统的安全运行。
4. 改善环境影响:通过对电力系统功率的控制和优化,可以降低能源消耗,减少环境污染,对环境产生积极的影响。
电流变技术的发展与应用
随着现代科学和技术的发展需要,传统的驱动器在驱动精度和驱动载荷能力方面
已经不能满足需求。
近年来,利用电流变技术实现精密驱动的研究已经成为热点。
电流变技术是通过外加电场来控制材料的流变特性的一种高新技术,电流变技术的物质基础是电流变液。
电流变液是由介于纳米与微米尺度之间的介电颗粒与高绝缘液体混合而成的复杂流体。
在施加电场时,介电颗粒在感应偶极矩的作用下,沿着电场线的方向形成链状、柱状结构,这些链状、柱状结构改变了电流变液体的流变特性。
在外加电场作用下,当剪切速率较低时,电流变液的表观黏度等流变特性可比无电场下增大几个数量级,并具有明显的屈服应力,成为强度可以和一般固体相比较的类固态物质,这种特殊的物理现象称为电流变效应。
目前普遍应用的电流变液流体,除了单相均态的戎晶以外,最常用的是两相多组分的悬浮液。
在没有外加电场时,它的外观很像机器用的润滑油,它主要由以下三部分组成:做为分数介质的基础液、作为分散相的固体粒子和为了改善电流变液性能而加入的添加剂,其中添加剂包括促进电流变效应的表面活性剂和防止粒子凝聚的分散剂和防止固体粒子沉淀的稳定剂。
基础液可采用合成油、矿物油、植物油等经极化处理的物质构成。
基础液并不单纯对固体粒子起分散作用,更重要的是电流变流体的电流变效应,是电场作用于基础液和周体粒子所形成的两相多组分的悬浮液的整体行为。
对基础液的一般要求是:(1):低粘度.以便使电流变流体在未加电场时有良好的流动性,同时也使得响应时间较短,从而具有较好的电流变性能;(2)高沸点和低凝固.点一般要求电流变流体的工作温度范围是40℃一150℃;(3)高电阻和低的电导率.及绝缘性良好,能耐高压;(4)密度尽可能大.并与分散相的固体粒子相匹配,以避免沉淀;(5)化学稳定性好.要求在高压电下不分解,不氧化腐败;(6)显著的疏水性.要求基础液是疏水的,绝缘性好;(7)无毒、价格低。
固体粒子是一种由纳米至微米尺度大小的具有高的相对介电系数、较高的极化特性的微生物质组成,常用的固体粒子材料有:无机的金属氧化物或金属化合物,有机高分子材料,有机半导体材料和镀膜的复合粒子等。
对固体粒子的普遍要求是:(1)有足够高的相对介电常数;(2)有较恰当的电导率;(3)能在足够宽的工作温度范围内保持稳定的性能;(4)与基础液相适应的比重’(5)适当的粒子大小和命题的粒子形状;(6)稳定的化学性能和物理性能;(7)耐磨无毒和无腐蚀性。
添加剂常用水、酸、碱、盐类物质和表面活性剂组成,其作用是增强悬浮液的稳定性和电流变效应。
电流变流体一般要满足一下要求:(1)高的静态和动态屈服应力;(2)低的漏电流密度;(3)低的零电场粘度;(4)响应时间快;(5)宽的温度范围;(6)无磨损;(7)固相和液相的密度相匹配以减小沉淀;(8)化学性能稳定;(9)使用和保存的寿命长;(9)无毒。
电流变效早住19世纪末就被一些物理学者发现并进行过相应的研究,由于当时条件所限,未引起工程技术界太多的重视。
美国的winslow自1939年起.就电场对流体粘度的影响进行了一系列实验研究工作.获得了较高性能的流体,使人们对于这一物理现象开始做出重新的估价。
这种可逆的电粘性效直也称为winslow效应。
这种流体即电流变流体(ERF)。
20世纪80年代以来,西方各国竞相开展电流变效应的基础及工程应用的研究。
参加研究工作有大学科研机构、企业集团及政府要害部门等。
我国对于电流变技术的研究大致开始于80年代中期。
并得到了国家自然科学基金的
资助。
由于资金不足和研究手段等原因.研究主要集中在中科院相关院所及国内几所大学。
研究的水平与国外有一定差距。
目前研究中普遍使用的电流变流体通常是由可极化的精细固体粒子(分散相)、低电导率的绝缘基础液体(分散介质)和促进分散相粒子表面活化的粒子活性剂和增加流体中粒子悬浮定性的悬浮稳定剂等添加剂组成。
国内外对电流变技术的研究主要涉及四个领域:一)对FRF产生电流变效应机理的研究和相关模型的建立。
目前,对电流变设应机理的研究,主要有以下几种解释:
(1)电介质分子极化理论:该理论是解释电流变效应最主要的理论,其主要观点是:电流变流体中的固体粒子在外电场怍下被极化,极化后的粒子沿电场方向排列成粒子链.流体的剪切强度主要取决于粒子链的强度。
粒子的极化率越高,链中及链间粒子间的静电作用力就越强。
但该理论无法解释电流变流体的表观粘度随温度的升高而提高的现象。
(2)双电层极化理论:它成功地解释了电流变效应对电场频率和温度的依赖性,以及在高电场强度下电流变效应的饱和现象。
但现有模型都有其不足之处,不能完全解释电流变效应的成因,国内外学者对模型的探索仍在摸索之中。
二)影响电流变效应因素的研究。
影响电流变效应因素主要包括:电场强度、温度(T)、电场性质(交/直流)、分散介质的介电特性及含量、分散介质粒子的形状和大小、剪切速率等。
三)寻求材料之间的最优配比,或者利用新技术和新工艺合成新型电流变流体,配制面向工程应用的高性能电流变流体。
四)简单的试验性电流变装置的研究和探索。
目前,基于电流变技术已成功地设计制造出性能更优的零部件,其特点是:无磨损,使用寿命长,生产工艺简单,成本低,易于实现机电智能控制.而且灵敏度高,拥有很大优势。
电流变技术J一泛应用于汽车工程、液压工程、航空航海、生产自动化、机器人工程、医疗器械、体育用品,国防等领域,应用前景非常广阔。
利用电流变液的表观粘度在电场作用下的无级可控性能,可以设计和制造出适合各种T 程领域中作振动主控制的阻尼可渊节的减振器和隔振器。
利用电流变液体一定范围内可以无级变化和控制的电致抗剪切屈服应力,可以设计和制造转矩、转速可以无极调节的动力传递元件。
如:可调速的离合器、制动力可控的制动器等。
美国东北大学的机器人专家康斯坦丁诺斯·马弗鲁迪斯发明的由电脑控制的、用于恢复肌肉力量的阻力设备,它带有一对内部含有电流变液体的制动器。
由于电流变液体在电场作用下,能产生高速响应的稠化和固化效应,利用它
可以研制在液压控制技术常见的高速响应的开关控制器件,运动物体位置的精确控制及液压传动中的流量和压力控制的各种阀类。
电流变技术是一门集物理学、材料学、力学、机械学、控制技术于一体的多学科交叉的高新技术,在工业领域具有广泛的应用前景。
国外对电流变技术的研究较早,研究领域广泛,包括从基本理论研究、材料开发研究到实际应用研究。
国内自从1988年魏宸官教授将电流变技术引入以来,研究队伍也不断壮大,并取得了一定的研究成果。
今后对电流变液的研究方面,统一电流变液的极化机理,开发高性能电流变液材料仍将是研究的重点。
另外,开发低成本的小型高压电源和电流变液可以有效降低研究成本。
随着电流变技术的发展,其优异的控制调节特性必将使其在国民经济中得到广泛的应用。
参考文献
【l】陈宏,陈默轩.电流变效应的研究及应用前景.工科物理,l999,9(1):26—28.
【4】魏宸官,肖革文 . 电流变液体及其潜在的工程应用[J]. 北京理工大学学报,1998.18(5):573 -576
【2】朱石沙,黄宜坚.电流变技术及应用前景.现代机械,1994,(3):32—34。