磁懸浮儲(chǔ)能飛輪電動(dòng)-發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)代社會(huì)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(yáng)能為主的新能源具有間斷性和波動(dòng)性問(wèn)題，為了能平穩(wěn)的并網(wǎng)，這需要高效率的儲(chǔ)能裝置。在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，具備高效率、長(zhǎng)壽命、零污染等優(yōu)勢(shì)的飛輪儲(chǔ)能技術(shù)得到人們的極大關(guān)注，這些優(yōu)勢(shì)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(qiáng)大的應(yīng)用價(jià)值。
　　飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)電一體化裝置，主要包括飛輪、磁懸浮軸承、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、電

2、力變換器、真空設(shè)備、散熱裝置及保護(hù)殼等。本課題對(duì)容量為1kWh的飛輪儲(chǔ)能裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定飛輪轉(zhuǎn)子外形、材料，并對(duì)其尺寸進(jìn)行計(jì)算。
　　對(duì)于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)用電機(jī)，先對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行理論分析，然后根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況確定電機(jī)的類型。其次通過(guò)專業(yè)的電機(jī)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行電機(jī)初步設(shè)計(jì)，并利用有限元軟件對(duì)電機(jī)性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并針對(duì)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(duì)設(shè)計(jì)的電機(jī)制定控制策略，電動(dòng)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(shí)輸出電壓是隨時(shí)間而降低的，所以需要一個(gè)電壓反饋來(lái)穩(wěn)定輸出電壓;由此設(shè)計(jì)出電機(jī)在不同狀態(tài)時(shí)的控制電路，并完成了電路板的制作與測(cè)試。
　　為了降低靜態(tài)損耗，本設(shè)計(jì)采用磁懸浮軸承技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子無(wú)摩擦懸浮。分別對(duì)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(jì)算公式。飛輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中需要輪轂來(lái)作為載體，為此將軸向磁懸浮軸承中的推力盤設(shè)計(jì)成飛輪輪轂，兼具兩個(gè)功能。磁懸浮軸承技術(shù)采用差動(dòng)法來(lái)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(kuò)展便可實(shí)現(xiàn)多自由度的懸浮控制。
　　根據(jù)飛輪轉(zhuǎn)子的尺寸、電機(jī)尺寸及磁懸浮軸承的尺寸給出本設(shè)計(jì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)簡(jiǎn)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(shí)心圓盤形狀、儲(chǔ)能量100Wh的飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行系統(tǒng)懸浮實(shí)驗(yàn)與充放電實(shí)驗(yàn)。
　　最后，本設(shè)計(jì)搭建了100Wh飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，根據(jù)位置傳感器測(cè)得系統(tǒng)的靜態(tài)懸浮值