磁懸浮儲能飛輪電動-發(fā)電機設(shè)計.pdf

1、現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展是以能源為支撐的，一次能源的不斷消耗促使人們不斷發(fā)展新能源;然而以風(fēng)能和太陽能為主的新能源具有間斷性和波動性問題，為了能平穩(wěn)的并網(wǎng)，這需要高效率的儲能裝置。在眾多儲能技術(shù)中，具備高效率、長壽命、零污染等優(yōu)勢的飛輪儲能技術(shù)得到人們的極大關(guān)注，這些優(yōu)勢使得其在衛(wèi)星系統(tǒng)、分布式發(fā)電、調(diào)頻調(diào)峰及軌道交通等領(lǐng)域展現(xiàn)出強大的應(yīng)用價值。
　　飛輪儲能系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機電一體化裝置，主要包括飛輪、磁懸浮軸承、電動/發(fā)電機、電

2、力變換器、真空設(shè)備、散熱裝置及保護殼等。本課題對容量為1kWh的飛輪儲能裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計。根據(jù)設(shè)計要求，確定飛輪轉(zhuǎn)子外形、材料，并對其尺寸進(jìn)行計算。
　　對于飛輪儲能系統(tǒng)用電機，先對其特點進(jìn)行理論分析，然后根據(jù)實際應(yīng)用情況確定電機的類型。其次通過專業(yè)的電機設(shè)計軟件進(jìn)行電機初步設(shè)計，并利用有限元軟件對電機性能進(jìn)行分析評價，并針對性地進(jìn)行參數(shù)修正、優(yōu)化，直到滿足性能要求。然后針對設(shè)計的電機制定控制策略，電動狀態(tài)控制只需要轉(zhuǎn)速反饋

3、控制即可，發(fā)電狀態(tài)時輸出電壓是隨時間而降低的，所以需要一個電壓反饋來穩(wěn)定輸出電壓;由此設(shè)計出電機在不同狀態(tài)時的控制電路，并完成了電路板的制作與測試。
　　為了降低靜態(tài)損耗，本設(shè)計采用磁懸浮軸承技術(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子無摩擦懸浮。分別對其徑向和軸向的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，并給出各自承載力的計算公式。飛輪在旋轉(zhuǎn)過程中需要輪轂來作為載體，為此將軸向磁懸浮軸承中的推力盤設(shè)計成飛輪輪轂，兼具兩個功能。磁懸浮軸承技術(shù)采用差動法來控制轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮位置，為此先

4、分析了磁懸浮軸承單一自由度的控制原理，然后在單自由度的基礎(chǔ)上擴展便可實現(xiàn)多自由度的懸浮控制。
　　根據(jù)飛輪轉(zhuǎn)子的尺寸、電機尺寸及磁懸浮軸承的尺寸給出本設(shè)計飛輪儲能系統(tǒng)簡易三維模型。由于復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子的加工制造較為復(fù)雜，為此本文用合金鋼材料、等厚度實心圓盤形狀、儲能量100Wh的飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行系統(tǒng)懸浮實驗與充放電實驗。
　　最后，本設(shè)計搭建了100Wh飛輪儲能系統(tǒng)的實驗平臺并進(jìn)行各項實驗測試，根據(jù)位置傳感器測得系統(tǒng)的靜態(tài)懸浮值